SU1001374A2 - Преобразователь частоты с непосредственной св зью - Google Patents

Description

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ С НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ

СВЯЗЬЮ

1

Изобретение относитс  к преобразовательной технике и может быть использовано дл  плавного регулировани  частоты вращени  асинхронных двигателей в приводах различных областей народного хоз йства .

По основному авт. св. № 47О046 известен непосредственный преобразователь частоты с непосредственной св зью дл  частотного управлени  асинхронным двигателем, который стэдержит два трехфазных трансформатора, вторичные обмотки которых соединены с зaжШvIaми переменного тока диодных мостов, зашунтированных цепочками из дроссел  и тиристора, а также коммутирующие конденсаторы между одноименными зажимами шунтирующих тиристоров, причем первичные обмоткти этих трансформатсуров соединены пофазно-последоватепьно треугольником, а между лучами соединенных звездой вторичных обмоток присоединены соответствующие фазы нагруэ киС11.

Недостаток известного решени  состоит в плохом качестве выходного напр «жен1ю , обусловливающем ухудшение энер-гетических показателей н ограшгчивагощем сверху диапазон частотного ут1ра& лени  двигателем.

Цель изобретени  - улучшение качества выходного напр жени  путем уменьшени  коэффициента гармоник.

Поставленна  цель достигаетс  тем,

10 что преобразователь частоты снабжен третьим трехфазным трансформатором с первичным и вторичным комплектами трехфазных обмоток и дополнительным трехфазным диодным мостом с полностью

15 управл емым ключевым элементом на его выходе посто нного тока, причем входные выводы моста и концы первичной обмотки трансформатора, соединенной в звезду, подключены к точкам соедине20 ни  первичных обмоток соответствующих фаз первых двух трехфазных трансформаторов , а вторична  трехфазна  обмотка введенного трансформатора своими ковцами включена между концами соответствующих фаз вторичной трехфазной обмотки одного из первых двух трансформа торов и трем  выходными выводами преобразовател . На фиг. 1 приведена принципиальна  схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - векторные диаграммы напр жений на элементах отдельных фаз цепи вторич ных обмоток трансформаторов и нагрузки соответствующие кажда  открытому состо нию одного из шунтирующих тиристоров на выходе соответствующих диодных мостов; на фиг. 3 - 5 - временные диаграммы напр жений на тех же элементах устройства, а соответствующие эпюры переключающих функций. Предлагаемое устройство содержнт ocHOBj bie силовые трансформаторы 1 и 2, первичные обмотки 3 и 4 которых соединены пофазно-последовательно в общую схему тре тольника, верщины которого присоединены к питающей трехфазной сети. Точки последовательного соединени  первичных обмоток 3 и 4 присоединены к входу переменного тока диодного моста 5. Вторичные обмотки 6 и 7 трансформаторов 1 и 2 присоединены как к входам переменного тока диодных мостов 8 и 9, так и к соедин ющей их пофазно-последовательно цепи из статорной обмотки 1О и вторичной обмотки 11 дополнительного трансформа тора 12, первична  обмотка 13 которог присоединена лучами звезды к точкам пофазно-последовательного соединени  первичных обмоток 3 и 4 основных силовых трансформаторов 1 и 2, Диодный мост 8 зашунтирован цепочкой из дроссел  14 и тиристора Vg , диодный мост 9 - цепочкой из дроссел  15 и тиристора Vg , а диодный мост 5 - цепочкой из дроссел  16 и тиристора Vj- . Катода шунтирующих тиристоров Vg fVg и V соединены коммутирующими конденсаторами 17 - 19, а их аноды - конден саторами 20 - 22. На фиг. 2а - в приведены векторные диаграммы напр жений дл  элементов устройства, последовательно соединенньгх с одной фазой нагрузки, соответствующи кажда  закороченному состо нию одного из трех диодных мостов; на фиг. 2г - е аналогичные векторные диаграммы напр  жений дл  элементов устройства другой фазы, а на фиг. 2ж - и - аналогичные векторные диаграммы напр жений дл  элементов устройства третьей фазы. На тг. За - г приведены временные диараммы напр жений на обмотках в, 11, и 10 устройства, соответствующие оочередному открытому состо нию щунирующих тиристоров Vg, .Vr И VD На ыходе своих диодных мостов 9, 5 и 8 огласно эпюрам переключени  фиг. Зд -ж. ти временные диаграммы соответстуют также векторным диаграммам иг. 2а - в дл  той же фазы нагрузки ри отнощении частоты коммутации к астоте сети равном 1,6. Аналогичные ременные диаграммы на фиг. 4 соответтвуют второй фазе нагрузки и векторным иаграммам фиг. 2г - е, а временные иаграммы фиг. 5 - третьей фазе нарузки и векторным диаграммам фиг. 2ж-и Устройство работает следующим обраом . Поочередно закорачивают диодные мосты 5,8 и 9 на взаимно равные регулируемые интервалы времени с помощью щунтирующих эти мосты тиристоров. Коэффициенты трансформации, основных трансформаторов 1 и 2 и вспомогательного трансформатора 12 выбирают одинаковыми. Открытому состо нию щунтирующего тиристора на выходе диодного моста 8 соответствуют: -работа трансформатора 1 в режиме трансформатора тока вследствие короткого замыкани  вторичной обмотки 6 трансформатора 1 и обусловленное этим практически нулевое значение падени  напр жени  на первичной обмотке 3 трансфо1 матора 1; -подключение каждой из фаз первичной обмотки 4 к линейному напр жению питающей сети. Открытому состо нию щунтирующего тиристора на выходе диодного моста 9 соответствуют: -работа трансформатора 2 в режиме трансформатора тока вследствие короткого замыкани  вторичной обмотки 7 тра сформатора 2 и обусловленное этим практически нулевое значение падени  напр жени  на первичной обмотке 4 трансформатора 2; -подключение каждой из фаз первичной обмотки 3 к линейному напр жению питающей сети; -получение выходного напр жени  на нагрузке 10 в виде суммы напр жений на вторичных охотках 6 и 11 трансформаторов 1 в 12. Открытому состо нию шунтирующего тиристора на выходе диодного моста 5 соответствуют: 5 -работа трансформат DIM 12 в рехнм трансформатора тока вследствие коротко го замыкани  первичной обмотки 13 трансформатора 12 и обусловленное этим практически нулевое значение падени  напр жени  на вторичной обмотке 11 трансформатора 12; -образование замкнутой нулевой точки одноименных зажимов первичной обмо ки зтрансформатора 1, не отмеченных звездочками; -образование замкнутой нулевой точ одноименных зажимов первичной обмотки 4 трансформатора 2, отмеченных звеэдочками; - образование угла сдвига по фазе 60 ° между фазными напр жени ми ЭДС обмоток 6 и 7 трансформатора 1 и 2, соединенных последовательно с выходной обмоткой 10 (статорна  обмотка управЛЛемого асинхронного двигател ) с разных сторон ее одноименных зажимов; -получение выходного напр жени  на нагрузке в виде разности напр жений tm соответствующих фазах обмоток 6 и 7 трансформаторов 1 и 2. Переходу от открытого состо ни  шу тирующего тиристора на выходе диодног моста 8 к его закрытию и отпиранию шунтирующего тиристора на выходе диод ного моста 9, соответствуют: -переход трансформатора 2 с обмотками 4 и 7 в режим короткого замыкани , когда падени  напр жени  на этих обмотках практически равны нулю; -изменение на 180° начальной фазы напр жени  на каждой фазе последовательно соединенных статорной обмотки 1О асинхронного двигател  и вторичной обмотки 11 трансформатора 12; -изменение на 120° начальной фазы как первичной 13, так и вторичной 11 обмоток дополнительного трансформато ра 12. Переходу от открытого состо ни  шунтирующего тиристора на выходе диодного моста 9 к его закрытию и отпиранию шунтирующего тиристора на выходе диодного моста 5 соответствуют: -переход трансформатора 12 с обмотками 11 и 13 в режим короткого замыкани , падени  напр жени  на этих обмотках практически равны нулю; -соединение каждой из первичных о& моток 3 и 4 трансформаторов 1 н 2 звездой с общей нулевой точкой, образованной закороченным мостом 5, и обусловленное этим уменьшение в 1,73 раза фазного напр жени  на каждой из 374 вторичных обмоток 6 и 7 основных тран сформаторов 1 и 2 по сравнению с ранее рассмотренными случа ми, когда фазы первичных обмоток этих трансформаторов поочередно подключались к линейным напр жени м питающей сети. Переходу от открытого состо ни  шунтирующего тиристора к его запиранию и отпиранию шунтирующего тиристора на выходе диодного моста 8 сротвьггствуют: - переход трансформатора 1 с о&мотками 3 и 6 в режим трансфор.;атора тока вследствие закорачивани  вторичной обмотки 6; -подключение отдельных фаз первичной обмотки 4 трансформатора 2 практически к полному линейному напр жению питающей сети, -подключение лучей звезды первичной обмотки 13 к линейному напр жетпо трехфазной питающей сети. Далее имеет место повторение коммутационного цикла поочередного закорачивани  диодных мостов 8, 9 и 5. Отпирание очередного шунтирующего тиристора сопровождаетс  запиранием ранее открытого тиристора обратными напр жени ми соответствующей пары коммутирующих конденсаторов 17 - 22, которые перезар жаютс  до напр жени  противоположной пол рности в последутоший интервал времени по цепи из открытого тиристора, ранее зашунтированного диодного моста и индуктивности его шунтирующей цепочки. Описанному алгоритму работы предлагаемого устройства соответствуют векторные диаграммы напр жений фиг. 2а-и, Из приведенных д1шграмм следует, что после каждого переключени  в силовой цепи предлагаемого устройства имеет место скачкообразное изменение начальной фазы напр жени  в нагрузке на угол 120°. Аналогичные зависимости можно было бы записать дл  векторных диаграмм фиг. 2г - 2е второй фазы нагрузки и фиг. 2ж - и - дл  третьей фазы нагрузки. Дл  одной из фаз предлагаемого уст ройства на фиг. За приведена временна  диаграмма напр жени  U на вторичной обмотке 6 трансформатора 1 при поочередном отпирании шунтирующих тиристоров на оторове посто нного тока диодны)с мостов 9, 5 и 8} ва фиг. 36 - напр жение и на вторичной обмотке 11 дополнительного трансформатора 12; на фиг. Зв- напр жение U-i на вторичной обмотке. 7 трансформатора 2; на фиг. Зг - напр ж 710 ние на данной фазе нагрузки 1О, на фиг. Зд - ж - эпюры киимутйционных функций, соответствующих поочередному открытому состо нию тиристоров на выходе диодных мостов 9,5 и 8 и скачкообразному изменению как начальных фаз, так и амплитуд напр жений на указанных впементах устройства. Из принципиальной схемы предлагаемого устройства и приведенных временных диаграмм следует tJj., (J Аналопгчные зависимости дл  второй фазы данного устройства приведены на фиг. 4а - .ж, а дл  его третьей фазы - на фиг. 5а - ж. Отрицательный этап напр жени  перед U-J в приведенном выше аналитическом выражении обусловлен присоединением обмотки 7 к одноименным зажимам другой пол рности обмотки 10 шгр}зки по сравнению с обмотками 6 и 11. Это обсто тельство учитываетс  также в соответствующих векторных диаграммах фиг. 2. Из кривых фиг. За, 4а и 5а следует, что напр жение на вторичной обмотке 6 трансформатора 1 определ етс  поочередным подключением фаз его первичной обмотки 3 к линейному напр жению сети и фазному напр жению сети, а также закорачиванием вторичной обмотки 6. Из кривых фиг. 36, 46 и 56 следует, что напр жение на вторичной обмотке 11 трансформатора 12 определ етс  поочередньм подключением лучей звезды его первичной обмотки 13 к-различным линей ным проводам питающей сети и закорачиванием этой обмотки. Поочередное подключение первичной обмотки 13 трансформатора 12 к различным линейным про водам питающей сети обусловлено поочередным уменьшением практически до нул  падени  напр жени  на первичных обмотках 3 и 4 трансформаторов 1 и 2 в результате поочередного закорачивани  юс вторичных обмоток 6 и 7. Из кривых фиг. Зв, 4в и 5в следует, что напр жение на вторичной обмотке 7 трансформатора 2 определ етс  поочередным подклю чением фаз его первичной обмоткк 4 к линейному напр жению сети и фазному напр жению сети, а также закорачиванием вторичной обмотки 7. Из сравнени  отрезков кривых фиг. За и в, относ щихс  к интервалу открытого состо ни  шун тирующего тиристора на выходе диодного моста 5, следует, что соответствующие отрезки синусоид в этом случае взаимно сдвинуты во времени на шестую часть п риода, что обусловлено закорачиванием 74 ри этом несовпадающих пол рностей одоименных зажимов первичных обмоток и 4 трансформаторов 1 и 2. Анал1 ичный вывод напрашиваетс  из сравнени  ривых фиг, 4а и в, а также кривых иг. 5а и в. Все это обусловливает полуение кривой напр жен(1  в нагрузке в иде чередующихс  равноинтервальных трезков синусоид, начальные фазы котоык измен ютс  скачкообразно на третью асть периода питающей сети (фиг. Зг, г, 5г). Известно, что частота основной ссютавл ющей этого выходного напр ени  выражаетс  зависимостью Sin(3p4-f)j//3 и,о -f 3pTl (3p4f)t + , где UJ,57 - угловые частоты питающей сети и циклов коммутации; р - целое число или ноль; Ц| - угол начальной фазы напр жени  питающей сети; О, - число равное нулю либо единице , либо двум в зависимости от выбора соответствующей фазы нагрузки. При изменении частоты циклов коммутации и выборе ее превышающей частоту питающей сети имеет место соответству-. юшее изменение в широких пределах чаототы основной составл ющей выходного напр жени , что может быть использоBBHo , например, дл  экономичного час-J тотного управлени  асинхронным двигателем . Таким образом, частота основной соотавл ющей напр жени  на нагрузке оп.редел етс  разностью частоты сети и частоты циклов коммутации, а частота в два раза меньща  по амплитуде ближайшей составл ющей помехи - суммой частоты сети и двукратной частоты циклов коммутации, в то врем  как в прототипе частота ближайщей составл ющей помехи выражаетс  суммой частот сети и циклов коммутации, а ее амплитуда равна амплитуде основной составл ющей разностной частоты. Во всех обмоткак трансформаторов силовой части предлагаемого устройства, а также в обмотке статора у11равл ем1 го асинхронного двигател  имеет место непрерывность тока, что обеспечивает существенное повыщение надежности вследствие многократного уменьшени  коммута цЕоввых перенапр жений на полупровод91001

никовых элементах, которые имеют меото в известном устройстве вэ-эа освобождающейс  энергии магнитного пол  индуктнвностей рассе ни  обесточиваемых обмоток трансформаторов.j

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Преобразователь частоты с непосре - tO ственной св зью по авт. св. № 47ОО46, отлича ющийс  тем, что, с целью улучшени  качества выходного напр жени  путем уменьшени  коэффицие та гармоник, он снабжен третьим трех- 15 фазным трансформатором с первичным и

   37410

   вторичным кхжтлектом трехфазных обмоток и дополнительным трехфазным диодным мостом с полностью управл емым ключевым элементом на его выходе no сто нного тока, причем входные выводы моста и концы первичной о& 4отки транса. форматора, соединенной в звезду, по ключе ны к точкам соединенн  пе жичвых обмоток соответствующих фаз первых двух трехфазных трансформаторов, а вто рична  трехфазна  обмотка введенного трансформатора своими кошшмн включена между концами соответствующнх -фаз вторичной трехфазной обмотки одного из первых двух трансформаторов и трем  выходными выводами преобразовател .

   UB

   Ое

   а

   и,

   /о

   -и

   0,1 в.

   Ufo

   и

   to

   Uii

   и

   t м

   фс/г J

   /r

   i::

   2-..,.,

   e

   ./

   a

   фиг.Ц/