Непосредственный преобразователь частоты с искусственной коммутацией Советский патент 1982 года по МПК H02M5/27 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к непосредственным преобразователям частоты и может быть использовано, в частности, для регулирования частоты вращения двигателя переменного тока.

Известны непосредственные преобразователи частоты с естественной коммутацией, предназначенные для регулирования частоты вращения двигателей переменного тока (асинхронных и синхронных) , силовая схема которых выполняется обычно по трехфазной нулевой или мостовой схемам ij.

Общий недостаток непосредственных преобразователей частоты с естественной коммутацией - низкая выходная частота, что ограничивает их функциональные возможности.

Известен преобразователь частоты с искусственной коммутацией, выполненный по трехфазной нулевой схеме и содержащий силовую часть в виде трехфазного моста (на одну фазу выхода) и нагрузку, подключенную одним концом через реактор к выпрямительным зажимам этого моста, а другим концом к нулевой точке. Блок искуственной коммутации этого лреобразователя имеет коммутирующие (по две на фазу) и

1фильтровыи конденсаторы,коммутирующие и уасиределительные тиристори, перезарядный тиристор, коммутирующие 5 дроссели и зарядный диодный мост 2.

Недостатками указанной схемы являются сравнительная слокность блока искусственной коммутации и перенапряжения на фильтровом конденсаторе в связи с отсутствием цепей отвода

10 энергии из него.

Известен также преобразователь частоты с непосредственной спязьйо и искусственной коммутацией, который выполнен по мостовой схеме, имеющий

15 в составе блока искусственной коммутации два коммутирующих и два фильтровых конденсатора, шесть распределительных тиристоров, четыре распре2Q делительных диодных моста и два коммутирующих дросселя C3J.

Недостаток - сложность блока искусственной коммутации, количество диодов и- тиристоров в котором .значительно превосходит количество силовых

25 тиристоров преобразовате.пя.

Наиболее близок к предлагаемому непосредственный преобразователь частоты с упрощенной схемой, который выполнен по трехфазной нулевой упро30щенной схеме и содержит два силовых трехфазных тиристорных моста, выходы KOTOpiJx непосредственно или через . перезарядные дроссели подключены к двум фазам нагрузки. Третья фаза нагрузки подключена к нулевому проводу питающей сети, что допустимо лишь при небольшой мощности преобразователя. При средних и больших мощностя (десятки, сотни киловатт), третья фаза нагрузки также должна подключаться к сети через мост во избежание загрузки нулевого провода. Блок искусственной коммутации содержит трех фазный тиристорный вспомогательный мост, коммутирующие тиристоры, соеди ненные в однофазный мост, коммутирующий конденсатор в диагонали перемен ного тока этого моста, а также распределительные тиристоры. Искусствен ная коммутация в этой схеме достигается, подключением коммутирующего кон денсатора с помощью соответствующих распределительных тиристоров в запи рающем направлении к соответствующе группе тиристоров силового моста. Форсированный перезаряд конденсатора осуществляется через распределитель ные тиристоры, а его дозаряд - чере вспомогательный тиристорный мост 4 Схема блока искусственной коммутации прототипа проще, чем схемы вы шеприведенных аналогов, однако коли чество вспомогательных элементов ос тается достаточно большим. Кроме того, напряжение на коммутирующем . .конденсаторе сильно зависит от нагрузки: при увеличении нагрузки напряжение существенно растет и при перегрузках возможны перенапряжения. Чтобы устранить перенапряжения емкость конденсатора следует завышать с учетом возможных перегрузок по току, что повышает его габариты. Таким образом, недостатки известного устройства состоят в сложности блока искусственной ко:ммута ции и зависимости емкости и габаритов ко и 1утиру1ищего конденсатора от перегрузок по току. Цель изобретения - упрощение блока искусственной коммутации. Поставленная цель достигается тем, что в непосредственном преобразователе частоты с искусственной коммутацией, содержащем m трехфазных тирист5рных силовых мостов,входамп подключенных к трехфазной пита йрщеи сети переменного тока, а выходами образующих выходные выводы пре образователя, а также блок искусственной коммутации в виде однофазного BeHTHJibHoro моста с конденсаторо в диагонали переменного тока и распределительных тиристоров, подключе ных общими анодами к плюсовому вывод этого однофазного моста, а общими к тодами - к его минусовому выводу, и связывающих этим выводы с соответст вующими группами тиристоров -упомянутых силовых мостов, в качестве одной пары диагонально расположенных вентилей однофазного моста установлены диоды, в качестве другой пары вентилей этого моста установлены полностью управляемые ключи, а плюсовой и минусовой выводы однофазного моста закорочены в проводящем направлении введенными двумя последовательно соединенными диодами, точка соединения которых предназначена для подключения ее к нулевому проводу питающей сети, что позволяет устранить вспомогательный трехфазный .тиристорный мост, перезарядный дроссель и осуществить искусственную коммутацию однополярным фильтровым конденсатором большой емкости. Таким образом, в предлагаемой схеме упрощен блок искусственной коммутации и практически исключена зависимость габаритов конденсатора от допустимых перегрузок по току. На чертеже приведена принципиальная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит три силовых трехфазных тиристорных моста 1-18 (возможно m мостов), подключенных входными выводами к сети переменного тока, трехфазную (или т-фазную) нагрузку 19-21, например статорную обмотку асинхронного двигателя. Блок искусственной коммутации состоит из однополярного конденсатора 22, включенного в диагональ переменного тока моста, состоящего из двух полностью управляемых вентилей 23 и 24 и двух диодов 25 и 26. Мост зашунтирован двумя последовательно соединенными диодами 27 и 28, общая точка которых объединена с нулевым проводом питающей сети. Плюсовый вывод моста 23-26 соединен с анодами трех (т) распределительных тиристоров 29-31, катоды которых подключены к общим катодам 1,-3, 5, 7, 9, 11 и 13, -15, 17 соответствующих силовых мостов. Минусовый вывод моста 23-26 соединен с катодами трех распределительных тиристоров 32-34, аноды которых подключены к общим анодам 2, 4, 6, 8, 10, 12 и 14, 16, 18 соответствующих силовых мостов. Искусственная коммутация преобразователя осуществляется следующим образом. Перед началом работы устройства конденсатор 22 заряжается плюсом на нихшей обкладке, для чего достаточно кратковременно включить два распределительных тиристора противоположных групп, например 29 и 34, и любую группу вентилей с общим анодом или катодом в любом из силовых мостов. Из-за наличия индуктивностей (нагрузки и сети) в цепи заряда конденсатор заряжается до напряжения большего. чем напряжение источника, т.е. до на пряжения, большего, чем амплитуда фазного напряжения сети. Пусть теперь в работающем устройстве требуется принудительно выключить любой из тиристоров, например тиристор 1. Тогда включают вентили 23, 24 и 29 и конденсатор 22 оказыва ется подключенным между нулем и фазой , питающей тиристор 1, приче плюсовая обкладка конденсатора под-ключена к катоду тиристора 1, а минусовая - к нулевому проводу сети. Происходит переход тока из фазы сети в конденсатор и частичный разряд кон денсатора. Тиристор 1 запирается, та как ток через него становится равным нулю. После этого выключают (принудительно) вентили 23 и 24 и ток нагрузки начинает протекать через диоды 25 и 26 и конденсатор 22, полярность которого теперь направлена встречно по отношению к направлению тока. Одновременно включается очеред ной тиристор силового моста, например тиристор 3. Ток из конденсатора переходит в фазу сети и тиристор 3. Конденсатор за время перехода тока в очередную фазу заряжается практически до первоначального напряжения (при необходимости дозаряд конденсатора производится кратковременным включением распределительных тиристо ров аналогично вьпиеописанному) .Коммутация с любого тиристора катодной группы (1-5) на любой тиристор анодной группы (2-4) происходит аналогично вышеописанному. Разница лишь в том, что меняется направление тока в соответствующей фазе нагрузки. Поскольку конденсатор 22 работает в режиме частичного разряд-заряда, в качестве него может быть использован фильтровый конденсатор достаточно большой емкости при сравнительно небольших габаритах, способный поглотить энергию коммутации без замет ных перенапряжений даже при значител ных кратковременных перегрузках ;по току. Положительным свойством предлагае мой схемы является то, что коммутаци происходит плавно при малых значениях di/dt, так как осуществляется кон денсатором большой емкости. Параметр этого конденсатора и время коммутаци не зависят от времени восстановления запирающих свойств всех тиристоров, качестве которых могут использоватьс обычные общепромышленные тиристоры. Только вентили 23 и 24 должны быть полностью управляемыми. В качестве их аналогов могут оыть использованы I два частотных тиристора типа Тч с любой типовой LС-коммутацией. Эти тиристоры имеют малое время запирания, что позволяет минимизировать величины L и С гасящего контура. Формула изобретения Непосредственный преобразователь частоты с искусственной коммутацией, содержащий Wi трехфазных тиристорных силовых мостов, входами подключенных к трехфазной питающей сети переменного тока, а выходами образующих выходные выводы преобразователя, а также блок искусственной коммутации в виде однофазного вентильного моста с конденсатором в диагонали переменного тока и распределительных тиристоров , подключенных общими анодами к плюсовому выводу этого однофазного моста, а общими катодами. - к его минусовому выводу, и связывающих эти выводы с соответствующими группами тиристоров упомянутых силовых мостов, отличающийся тем, что, с целью упрощения, в качестве одной пары диагонально расположенных вентилей однофазного моста установлены диоды, в качестве другой пары вентилей этого моста установлены полностью управляемые ключи, а плюсовый и минусовый выводы однофазного моста закорочены в проводящем направлении введенными двумя последовательно соединенными диодами, точка соединения которых предназначена для подключения ее к нулевому проводу питсоощей сети ..Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Вернштейн Л.Я., Гусяцкий Ю.М. и др. Тиристорные преобразователи частоты в электроприводе. М., Энергия, 1980, с.271-272. 2.Коробан Н.Т., Мастяев Н.Э., Мыцык Г.С. Сравнительный анализ передаточных характеристик полностью управляемых преобразователей частоты с непосредственной связью с различным числом входных фаз. - В сб. Повышение эффективности устройств .преобразовательной техники, ч.2. Киев, Наукова думка, 1972, с. 215. 3.Авторское свидетельство СССР 325671, кл. Н 02 М 5/30, 1970. 4.Авторское свидетельство СССР 660169 кл. Н 02 М 5/27, 1976.