Преобразовательное устройство

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. саид-ву № 650182 (22) Занвлено 01 06,76 (2();2366583/240 с присоединением заявки лЪ (23) Приоритет

Опубликовано 05Я2.80. Бюллетень Рй 5

Дата опубликования описания 10.02ЯО

ВеударетееннЫ квинтет

ССФР ю делен азебретеннй к етерытнй (72) Автор изобретенгя

В, С. Высочанский (7)) Заявитель (S 4) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике — статическим преобразователям частоты со зве-. ном постоянного тока, предназначенным для питания различных потребителей электрической энергии, а также для компенсирования реактивной мошности сети переменного тока.

По основному авт. св. № 650182 известно преобразовательное устройство (ПУ) для питания электрических машин переменного тока, выполненное на основе инверторов напряжения, в котором индиви-. дуальные коммутируюшие вентили использу- > >, ются и как вентили реактивного тока, Для этого они соединены в анодную и катодную группы и включены между внешними выводами ПУ и групповыми коммутирующими вентилями. Для улучшения формы кривой выходного напряжения обшие точки этих групп вентилей вспомогательными вентилями дополнительно подключены к отводу от средней точки источника питании . (ИП). При этом число коммутаций ПУ удваивается.

Недостатком этого ПУ является то, что с увеличением числа вентилей и чис- ла коммутаций подавление высших гармонических идет в нем недостаточно эффективно — до нуля снижается лишь одна из высших гармонических.

Целью изобретения является более эффективное подавление высших гармонических в кривой выходного напражения И 1 ИЛИ регулирования его величины.

Эта цель достигается тем, что групповые вентили соединены с двумя или несколькими промежуточными отводами источника питания при делителя напряжения в звене постоянного тока.

На фиг. 1, 2 приведены примеры выполнения схем трехфазного ПУ; на фиг. 3, 4 — приведены потенциальные диаграМмы и кривые линейных напряжений на выходе ПУ, на фиг. 5 — узел 1 фиг. 3.

4596 4

1 з 71

Схема содержит 1-6 — основные вентили, 7-12 — групповые коммутирукшие вентили 13, 14 — "обратные" диодь 15-20 — индивидуальные коммут1эруюшие вентили; 21-22 — источники коммутирующего напряжения (конденсаторы); 23-26, 27, 28 — вспомогательные вентили; 29-30 — вспомогательные дроссели, 31 — источник питания (при использовании ПУ в качестве компенсатора реактивной мощности может быть включен дроссель или конденсатор);

32 — нагрузку, 3 3-35 — потенциальные диаграммы внешних выводов ПУ по отношению к средней точке ИП; 36- кривые линейного напряжения, В качестве источников коммутирующего напряжения (ИКН) могут быть использованы колебательные цепи, конденсаторы или какие-либо другие устройства, способные подавать знакопеременное напряжение к точкам 37-38, 37-39. В качестве основных вентилей и групповых коммутирующих вентилей могут быть применены полностью управляемые вентили, например транзисторы. В этом случае конденсаторы 21 и 22 не нужны.

Пусть нагрузка симметричная с отстающим Со = 0,8 и в системе установился стационарный периодический процесс, Пусть в качестве ИКН используются конденсаторы 21, 22 и к исходному моменту(о (фиг. 2) ток проводят вентили 1, 2, 20, 24 и конденсатор 21 заряжен так что положительна его правая обкладка. В момент 1о, подаются оптираюшие импульсы на вентили 7, 15, 9. Вентиль

1 запирается.

Для стабилизации времени перезарядки конденсатора независимо от величины нагрузки онновременно или с небольшим запаздыванием по отношению к импульсу вентиля 15 подается отпирающий импульс на противофазный ему вентиль 18. Благодаря этому помимо тока нагрузки конденсатор перезаряжается током колебательного контура 21-9-29-15-18-30-14-7-21. Конденсагор может быть перезаряжен до напряжения определяемого. потенциалом точки 40, точки 41 или до напряжения ИП. Выбор того или иного уровня напряжения перезаряда оппеделяется конкретными условиями, 2"

40

5а

Для простоты будем считать, что при каждой коммутации целесообразно перезаряжать до полного напряжения ИП при минимальном времени перезаряда. При этих условиях время перезаряда наперед

55 известно. В момент окончания нерезаряда конденсатора, подается отпираю"2 ший импульс на вентиль 10. Вентиль 24 сразу же запирается, а его ток с этого момента протекает по цепи 10-9-15.

Спустя время восстановления вентильной прочности вентиля 24 в момент t о попа ется отпирающий импульс на вентиль

23. Вентиль 9 запирается. Конденсатор

22 перезаряжается по цепи 11-22-9-29-15-18-30-10. Положительной становитсяя его правая обкла дка. Н а пряже ние на конденсаторе становится равно напряжению ИП. Вентиль 12 запирается, а диод 14 отпирается. С этого момента ток фазы 43 попадает в фазу 42 по це пи 20-30-14-23-15 и может быть подан дежурный отпирающий импульс на вентиль 3. Он начнет проводить ток с момента, когда ток предыдущей полувол« ны фазы 43 спадет до нуля. До момен та tr ток проводят вентили 2, 3, 23, .. 15. В момент t. „подается отпирающий импульс на вентили 15, 9, 11, и вентиль 23 запирается. После перезаряда конденсатора 22 (теперь положительна левая обкладка) в момент Ф подается отпирающий импульс на вентиль 25 и он начинает проводить ток фазы 42.

Теперь ток проводят вентили 2, 3, 15, 25. В момент t 2 отпирают вентили 8, 10, 16, 19, и вентиль 2 запирается.

Конденсатор перезаряжается и положительной становится его правая обкладка. К моменту окончания перезаряда t g подается отйираюший импульс на вентиль 9, и поскольку потенциал точки 41 ниже по. тенциала точки 37, вентиль 25 запирается. Ток фазы 42 замыкается по цепи

16-10-9-29-15, а фазы 44 — частично по цепи 16-30-10-9-29-17, а частично по цепи 16-30-14-3. Спустя время восстановления вентильной прочности вентиля 25 в момент 1 gg подается отпирающий импульс на вентиль 26. Вентиль

10 запирается по цепи 10-26. Конденсатор 22 переэаряжается по цепи 9-29-19-16-30-14-11, Снова положительной становится его левая обкладка, Ток фазы 42 протекает навстречу ИП по цепи

16-30-14-13 29-15. На вентиль подается отпирающий импульс, и он начинает работать в дежурном режиме. Дальнейшая работа ПУ идет аналогично.

Конденсаторы 21 и 22, как и конденсаторы йрототипа работают с трехкрат- ной частотой. Схема может работать и с одним конденсатором, но в этом случае его частота должна быть увеличена.

5 7 145

При наличии у ИП Отвода от средней точки" "

IHcJIo коммутирующих вентилей может быть уменьшено путем исключения иэ схемы в ентипей 7, 8, 11, 12 и подкпючения точек 38 и 39 к точке 45 (фиг. 2) напряжение перезаряда конденсаторов при этом снизится, Дпя его увеличения до прежней ипи большей вепичины цепесообразно диоды 13, 14 заменить на тиристоры, поскольку напряжение нерезаряча конденсатора должно быть больше половины напряжения ИП. Одновременно правая обкладка одного из конденсаторов

21 и 22 должна быть отключена от точки 37 и отдельными вентилями подкпюче- 1 иа к общим точкам вентилей 15-20. Та(Кое ПОдкпючение кОнденсатОрОВ к ОтвОду

ИП позволяет уменьшить число тиристоров в схеме на два. Если напряжение симметричных отводов точек 40н 41 (О4О-4t) выбрано та . ч ЦЮ-а =

* 0,465, где Е - напряжение ИП, то а кривой напряжения отсутствуют ближайшие пятая и седьмая гармоники. Относи- тельное содержание последующих гармо25 ник (11-й, 13-й, 17-й, 19-й, 23-й...)

ОбратнО пропорционапьно их номеруа

Еще большее прибпижение формы zpH вой выходного напряжения к синусоиддпьЗО ной может быть получено при увеличении числа отводов ИП ийй депитепя на« пряжения на его выходе. НаНр ер, схе ма фиг. 2 при трех отводах и без увеличения числе вентилей (по сравнению с фиг. 1) позволяет помимо 5-Й и 7-Й снизить более, чем в 10 раэ erne 18-ю и 19-ю гармоники. Содержание 13.-й и 13-й гармоник при этом почти не меняется, число коммутаций за период также сохранено (12).

Пусть, как и в предыдущем сдучае, 21 и 22 конденсаторы и характер нагруз=ки тот же. Пусть в рассматриваемый момент времени ток проводят вентили

1е 2е 28е 20 и ппюсовой заряд на правых обкладках обоих конденсаторов. В момент 1О (фиг. 4) подаются отпирая щие импульсы на вентили 7, 15, 9, 10 (последний целесообразно включать с небольшой задержкой). Вентиль 1 суазу же запирается, а конденсатор 21 перезаряжается током. фазы 42 нагрузки, При снижении потенциала точки 37 до величины Т Е/2 вентиль 28 запирается, а ток фазы 43 с этого момен-. та замыкается по цепи вентилей 20, 10, 9„15. Перезаряд конденсаторов заканчивается при напряжении на нем, равном напряжению ИП. К этому моменту подается отпирающий импульс на вентиль 23, я он начинает проводить ток фазы 42, В момент 4, подается отпирающий импульс на вентиль 3.1 и вентили

10 и 23 запираются. Ток фазы 43, протекающий под действием энергии ее магнитного поля, замыкается через диод 14 и цепь 22. С этого момента может быть подан Отпирающий импульс на вентипь 3, который начнет проводить ток сразу же, как ток предыдущей попувопны фазы 43 спадает до нуля. Конденсатор 22 перезаряжается,и как топько eio. напряжение становится равным напряжению ИП запирается вентиль 9. На вентиль

27 подается отпирающий импульс, и вентиль начинает проводить ток фазы 42.

Теперь нопожитепьны левые обкладки обоих конденсаторов. Ток проводят вен21 - 1 3 59

В момент t< подачей Отпирающих импупьсов отпираются вентили 8, 16, 9, 10. Вентипь 2 сразу же запирается.

Конденсатор 21 перезаряжаетсл током фазы 44 и как только потенциал точки

37 повысится до величины, превышающей Е/2 запирается вентиль 27. Ток фазы 42 замыкается по цепи фазы 44 и вентилей 16, 10, 9, 15, Дальнейшая работа ПУ происходит аналогично.

При рассмотренном алгоритме управпения интервапы времени включения вентилей 23 и 24, как и вентилей 25 и

26 совпадают, В эти же отрезки времени включены вентйпьные цепочки 9, 10, поэтому в данном случае наличие вентипей 24 и 25 не обязательно и они могут быть исключены. В этом случае число вентилей в обоих вариантах ПУ одинаково и превышает число вентилей прототипа всего на два вентипя. Если в прототипе дпя подавпения до нуля одной топько 5-й гармоники пришлось ввести в схему четыре допопнитепьных вентиля, то в данном ПУ, введя шесть дополнитепьных вентилей, удалось снизить почти до нуля одновременно erne

7-к, 17-ю и 3.9-ю гармоники. Благодаря тому что в предложенных ПУ коммутирующие конденсаторы за один переэаряд запирают и ОсновнОЙ и вспОмогатепьный вентили, удалось при существенно лучшей по сравнению с прототипом форме кривой напряжения сохранить те же 12 коммутаций за период. Следовательно,, 7145

57 иг !

Ф испо.п зовтни» оборудования здесь более высокое.При изменении продолжительности времени включения основных и вспомогательных венитлей можно регулировать вепи5 чину и спектр кривой выходного напряжения, чем в определенной мере можно стабилизировать величину напряжения при асимметрии нагрузки. В этом случае нужны все вспомогательные вентили ука- 1о

GQ HHblP НЯ фиг. 1, 2.

При нагрузке с Cos V>0.87 для схемы фиг. 1 Cog P(0,71 для схемы фиг. 2 и при отсутствии требования по рекуперации энергии нагрузки в сеть

15 постоянного тока с сохранением знака ее напряжения диоды 13 и 14 могут быть исключены. При низком или меняюшемся >О Я напряжении И11 коммутнруюшие конденсаторы целесообразно нодзаряжатй А1 отдельного или использовать для этой же цели реактивный ток нагрузки.

Формула изобретения

Преобразовательное устройство по авт. св. И. 650182, о т л и ч а ю— ш е е с я тем, что, с целью более эффективного подавления высших гармонических в кривой выходного сапряжения

И/ИЛИ регулирования его величины, оно снабжено дополнительными групповыми вентилями, соединенными с выводами для подключения промежуточных отводов в зоне постоянного тока.

714596

1 г (l ! !(/ой tel

Фиг. S

Составитель Г. Вотчицев

Редактор Ю. Чемоканов Техред Н. Ковалева Корректор Ю. МакаРенко !

Заказ 9309/57 Тираж 783 Подписное

ЦИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений я открытий

113035, Москва, Ж-З5, Раушская наб., д. 4-5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. ((роектная, 4