Преобразователь постоянного напряжения в многофазное переменное Советский патент 1980 года по МПК H02M7/515 

1

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при создании источников повышенной частоты и для частотного управления асинхронным электродвигателем.

Известен преобразователь частоты, содержащий трехфазный тиристорный мост, выводы Ьеременного напряжения которого соединены с коммутирующими конденсаторами и выводами переменного напряжения трехфазного диодного моста обратного тока и образуют выход преобразователя, а выводы постоянного напряжения трехфазного диодного моста через дроссели соединены с. выводами постоянного напряжения трехфазного тиристорного моста, которые через катодный дроссель соединены с источником постоянного напряжения I

Недостатком схемы является периодическое возникновение короткозамкнутых цепей, содержащих дроссели и последовательно соединенные диоды и тиристоры. Для нормальной работы преобразователя необходимо, чтобы энергия, периодически поступакндая в дроссели, успевала рассеиваться на актив ных сопротивлениях до начала следующего момента накопления. В противном

случае энергия, поступакхдая в дроссели, окажется больше той, которая во время их закорачивания диодом и тиристором расходуемся в активных сопротивлениях, а это приводит к непрерывному накоплению знергии в дросселях, уменьшению угла запирания и, как следствие, к срыву инвертирования,

Известен инвертор с конденсаторной коммутацией, содерж ащий источник постоянного напряжения, соединенный через катодный дроссель с выводами постоянного тока трехфазного тиристОрного моста, к выходам переменного тока которого подключены коммутирующие конденсаторы.

Недостатком схемы является крутопадающая внешняя характеристика.

Известен автономный инвертор, со20держащий подк.шоченную к входным зажимам через дроссель фильтра последовательную цепь из нагрузки и конденсатора фильтра, параллельно которой через коммутирукядйй дроссель подключен многофазный вентильный мост, а также включенные в звезду коммутирующие конденсаторы, присоединенные к выходным зажимам мостр, а к входным зажимам моста присоединены две цепоч30ки из последовательно соединенных ийцуктивиости и диодов, причем общая точка этих цепей соединена с общей точкой включенных в звезду коммутирующих конденсаторов f2. Недостатки состоят в том, что, избавляясь от потерь при включе нии тиристоров, вводятся потери в двух дросселях, к тому же, так как индуктивность дросселей значительно превышает индуктивность коммутирующего дросселя, это приводит к сильной зависимости напряжения на коммутирующих конденсаторах от величины загрузки инвертора. Наиболее близким к изобретению по техническому решению является преобразователь, в котором источник постоянного напряжения подключен через катодный дроссель к выводам постоянного тока трехфазного тиристорного моста, выводы перменного тока указан ного моста соединены с выводами коммутирующих конденсаторов и через дроссели с выводами переменного токе трехфазного диодного мостй выводы постоянного тока которого соединены в обратной полярности с выводами постоянного тока трехфазного тиристорного моста 3 . Недостаток указанной схемы заключается в том, что при работе преобразователя частоты на повышенных час тотах. При которых угол, соответству ющий минимально допустимому времени запирания для данного типа тиристоров, превышает 30 эл.град., значительная часть установленной мощности конденсаторной- батареи тратится на установление баланса мощностей в цепях импульсной обратной связи статической системы стабилизации выходного напряжения. Цель изобретения - упрощение -преобразователя и уменьшение его массы и габаритов при работе преобразователя, на повышенных частотах. Поставленная цель достигается тем что преобразователь, содеркшций тиристорный мост, шинами питания подключаемый к источнику постоянного то ка,, а.также подключенную к выходным выводам тиристорного моста звезду коммутирующих конденсаторов, снабжен цепочкой из последовательно соединен ных вентилей, включенной ме}эду шинами Питания инвертора, а также дроссе ля, подключенным между точкой соединения -вентилей этой цепочки и нулевой точкой звезды коммутирующих конденсаторов. На фиг. 1 представлена принципиальная схема преобразователя; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы, поясняющие работу схемы. Схема содержит источник 1 постоян ного напряжения, соединенный через катодный дроссель 2 с выводами постоянного тока трехфазного тиристорного моста 3-8, к выводам переменного тока которого подключена звезда коммутирующих конденсаторов 9-11, нулевая точка которой через дроссель 12 соединена со средней точкой цепочки, состоящей из двух последовательно соединенных диодов 13 и 14 и подключенных в обратной полярности к выводам постоянного тока трехфазного тиристорного моста 3-8. В предлагаемой схеме импульсная обратная связь работает лишь nptj углах запирания Ь больших, чем 30 эл.град. Так диод 13 срабатывает в том случае, если открыт вентиль анодной группы и напряжение на конденсаторе соответствующей , диод 14 сработает в .том случае, если открыт вентиль катодной группы и напряжение на конденсаторе соответствующей фазы 0. Режим работы, при котором угол запиранияр) эл. град, бывает в двух случаях: при разгрузке преобразователя (режим холостого хода или близкий к холостому ходу)и в номинальном режиме, когда схема работает на частотах, при которых угол соответствующий минимально допустимому времени запирания для данного Типа тиристора, превышает 30 эл. град. При этом через дроссель протекает импульс тока длительностью 2|Ь-30 эл.град. Этот ток ускоряет перезаряд конденсатора тем интенсивнее, чем больше угол р, превосходит 30 эл.град. Тем самым осуществляется стабилизация выходного напряжения и угла р при 730 эл.град. При fb 30 зл.град. работа схемы полностью аналогична работе обычного инвертора. На фиг. 2 представлены графики напрякений конденсаторов 9-11 напряжения на вентиле 8 Ug и тока дросселя 12 Цд на интервале времени, ког-. да включены вентили 5 и 4, при различных значениях угла запирания fb . На фиг. 3 представлены графики фазных токов и напряжений при угле запирания fi 30 эл.град. Пусть выходная частота преобразователя такова, что при номинальной нагрузке минимальное значение угла запирания составляет 29°. В этом случае в известной схеме баланс мощности коммутирующей батареиа а (,.+. Qa, + ис (р). (1) - мощность ком -1утирующей батареи,затрачиваемая на создание угла зацирания. Ч мощность коммутирующей батареи, затрачиваемая на компенсацию реактивной мощности нагрузки, 0.... (|Ъ1 - мощность, компенсирующая реактивную мощность дросселей и зависящая от р следующим образом: Jiii ( sin 2p), (2) QuctP CouLe

где и - напряжение на емкости.

Эта величина уже при эл.град. имеет большое значение.

В предлагаемой схеме в номинальном режиме угол р)29 эл.град. эл. град, и, следовательно, составляющая для компенсации реактивной мощности дросселей равна нулю. Для углов 30 эл.град. в формуле (2) вместо |Ъ необходимо подставить fi-30 эл.град.

Кроме того, кривая выходного напряжения в номинальном режиме в предлагаемой схеме лучше, так как известно, что импульсная силовая связь, осуществляемая диодами и дросселями, ухудшает гармонический состав.

Таким образом, предложенный преобразователь повышенной, частоты характеризуется в сравнении с известным значительно меньшей установленной мощностью конденсаторной батареи, значительно меньшими пиковыми токами диодов, тиристоров и дросселей за счет сокрш1;ения времени работы обратного моста. Время работы обратного моста в известном равно 2 f, а в предлагаемом устройстве 2 -30 эл.град где f - угол запирания.

Предлагаемое решение позволяет также сократить количество диодов и дросселей, при этом резко уменьшаются параметры дросселя в цепи обратного моста, что приводит к уменьшению его габаритов и массогабаритных показателей всего преобразователя.

Изобретение может быть использовано, например при создании источников питания цеховой двигательной нагрузки на повышенной частоте (более 1500 Гц), для электроприводов турбокомпрессорных установок микрокриогенной техники, работающих на частоте выше 1500 Гц и других многофазных потребителей.

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения в многофазное переменное, содержащий тиристорный мосх, шинами питания подключаемый к источнику постоянного тока, а также пoдк пoчeннyю к выходным выводам тиристорного моста звезду коммутирующих конденсаторов, отличающийся тем, что, с целью упрощения и уменьшения массы и габаритов при получении повышенных выходных частот, он снабжен цепочкой из последовательно соединенных вентилей, включенной между шинами путания инвертора, а также дросселем, подключенным между точкой соединения вентилей этой цепочки и нулевой точкой звезды коммутирующих конденсаторов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Кантер И.И. Статические преобразователи частоты. Издательство Саратовского университета/ 1966, с.295.

2.Авторское свидетельство СССР № 489186, кл. Н 02 М 7/52, 1975.

3.Авторское свидетельство СССР 156230/ кл. Н 02 М 7/00, 1965.

ji iY -

t

fi-.