CS225922B1 - Method of commutation of m-phase current inverter - Google Patents

Description

Předmětem vynálezu je způsob komutace m-fázového střidače proudu, vhodného zejména pro pohony asyndhrojmich motorů.

Střddače proudu ve srovnáni se střiiači napětí mají některé principiální výhody, mezi které patří zejména dvt:

- odpadá velký fittaační kondennááor ve stennoemtrném obvodu, který vytváří na vstupu střidače napttový zdroj

- při napááend vlastního HXř^>ddače proudu z řízeného usměrňovače lze měnnt směr toku výkonu ^př^evedeⁿí^m n^apáJecíhL^t řízeného usměrňoval do invertorovéto režimu. ^Střída^če ^proudu se tedy hodí pro pohony s reverzací otáček i mornennu.

V současné době i pro budoucnost se ·se střidači počítá pro pohony s asynchronními motory středních a vyttích výkonů, zejména jednom©torové pohony s reverzací a otáček. Podle průbth^u ^mutačního děje lze stHdaČíe proudu de^t na s-třiLdafo prou^du s dvous-tu^pňovou komutací a střídače proudu s třOttupnovtt kometaaí.

U ^střd^dač^{e pro}udu s dvoustup^vou koím^cí Je ktndenzáttrtv^á /nucená/ komutace tyristorů střddače neotddtitelnn spojena s takzvanou akumuuacní funkcd ttchto ktndennááorů, kdy se energie v indukčnosttch záttže akumutujz v ttchto kondennátomoh. U střddače proudu s tří^st^upňovou ^ι^βοί je oddělena ^funkce vyp:ína^:^í a a^kumu^tačnd tok, že ve vⁿt^šinⁿ přd^padec'^{h m}lý kondensátor ^kut^ňuje vlastni v^nuH ^proudu ^tyristor^ů a vel^ký tondenzrátor ^/k^tndená^tory/ akшlulutd eneerii z indukcnnosi záttže. V přdpadt potužií výkonových tranzistorů, nebo

229 922

225 922 vypínatelných tyristorů mohou u střídače proudu s třístupňovou komutací odpadnout kondensátory a další pomocné obvody, které uskutečňují nucenou komutaci. Akumulační obvody zůstanou nezávisle na druhu použité polovodičové součástky. U střidače proudu в třístupňovou komutací se většinou používá tzv. stejnosměrný akumulační člen - v podstatě diodový usměrňovač na zátěži s kondenzátorem na stejnosměrné straně. Tento kondensátor akumuluje při komutaci proudu mezi fázemi energií z komutujících fází, pohltí tedy při každé komutaci určitý náboj. Pro dosažení rovnováhy napětí na kondenzátoru je nutno kondenzátor opět vybíjet /např. paralelním odporem/ tak, aby při ustáleném stavu byla střední hodnota napětí na kondenzátoru konstantní. Doba komutace v úhlové míře bývá běžně 10 až 20 °el a opakuje se u třífázových měničů šestkrát za periodu. Jedním z hlavních problémů u střídačů proudu в třístupňovou komutací je způsob odvádění výkonu z akumulačního kondenzátoru. Tento výkon dosahuje podle typu motoru a zatížení 5 až 20 zdánlivého výkonu na střídavá straně střídače, v dynamickém stavu může být tento výkon ještě vyšší, bxistuje řada způsobů, kterými lze bezeztrátově /tj. bez použití vybíjecích odporů /odvádět z akumulačního kondenzátoru výkon do napájecí sítě, do stejnosměrného meziobvodu, do motoru apod. Realizují se většinou pomocí tyristorů, diod, pomocných reaktorů a kondenzátoru. Tyto způsoby však nemají vliv na průběh komutačního děje, pouze různými metodami zajištují řízené vybíjení akumulačního kondenzátoru.

Uvedené problémy řeší způsob komutace m-fázového střídače proudu podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že během komutace proudu mezi dvěma fázemi je akumulační kondenzátor přepínán z fáze dosud vedoucí proud do fáze nově vedoucí proud nebo naopak z fáze nově vedoucí proud do fáze dosud vedoucí proud.

Akumulační kondenzátor je přepínán tak, aby náboj prošlý akumulačním kondenzátorem před přepnutím a po přepnutí byl stejný, takže napětí na něm je před a po komutaci stejné.

Pro vysvětlení podstaty způsobu komutace m-fázového střídače podle vynálezu je připojen výkres, kde na obr. 1 je příklad zapojení trojfázového střídače proudu s třístupňovou komutací a 8 tzv. stejnosměrným akumulačním členem podle popsaného známého stavu techniky a na obr. 2 jsou fáze asynchronního motoru napájeného ze střídače proudu před komutací, během komutace a po komutaci podle popsaného známého stavu techniky, N_a obr. 3 a 4 je vysvětlena komutace proudu mezi fázemi střídače podle nového způsobu a na obr. 5 a 6 jsou dva příklady zapojení trojfázového střídače pro uskutečnění způsobu komutace podle vynálezu.

V zapojení střídače proudu podle obr. 1 je použito jako stejnosměrného akumulačního členu diodového usměrňovače, к jehož stejnosměrnému výstupu je zapojen akumulační kondenzátor C. V obr. 1 jsou dále znázorněny průběhy proudů i_fi ve fázi R a proudu i_Q kondenzátoru C, kde je doba komutace v úhlové míře.

Nový způsob komutace u střídače proudu s třístupňovou komutaci řeší rovnováhu akumulačního kondenzátoru principiálně zcela odlišně než dosavadní způsoby. Dosavadní způsoby neměly prakticky vliv na průběh komutačního děje, který je podle obr. 2a,b,c charakterizován taktet do fáze T dosud vedoucí proud (dále jen staré fáze) je sériově připojen akumulační kondenzátor G /za předpokladu dostatečně velkého kondenzátoru můžeme uvažovat napětový zdroj/ v takové polaritě, že 'brání průchodu proudu do staré fáze. Zároveň je ke zdroji proudu připojena fáze R nově vedoucí proud (dále jen nová fáze) ve které se bude proud budovat.

225 922

Působením nabitéhbrakumulačního~kondenzátořu C /zjednodušení napětového zdroje/ klesá proud ve staré fázi T a narůstá proud v nove fázi R, uskutečňuje se komutace proudu mezi dvěma komutujícími fázemi. Během komutace se tedy do akumulačního kondensátoru C dostal náboj úměrný trojúhelníkové ploše proudu u obr. 2b. Vybíjení kondenzátoru C pro dosažení rovnováhy * ~ může být pulsní - mimo komutaci, nebo trvalé - např. s proudem při vybíjení do odporu. Nový způsob komutace podle vynálezu zabezpečuje komutaci proudu mezi fázemi tak, že během komutace je akumulační kondenzátor, který působí pokles s nárůst proudu v komutujících fázích, připojován střídavě do nové nebo do staré fáze. Podle pořadí, ve kterém je do komutujících fází zapojen akumulační kondenzátor, můžeme nový způsob rozdělit na dva typy.

1. typ>nejdříve je akumulační kondenzátor připojen do staré fáze a potom do nové,

2. typ tnejdříve je akumulační kondenzátor připojen do nové fáze a potom do staré

Oba způsoby mají tyto společné základní znaky:

jak již bylo řečeno, připojení akumulačního kondenzátoru do staré fáze má vyvolat pokles proudu ve staré fázi. Proud ve staré fázi tedy přitéká do svorky /+/ kondenzátoru. /kondenzátor nabíjíme/. Naproti tomu p?ipojíme-li akumulační kondenzátor do nové fáze, musí být polarita taková, aby podporovala nárůst /zvyšování/ proudu v nové fázi. Proud tedy přitéká do svorky /-/ kondenzátoru . kondenzátor se vybíjí. Během komutace proudu mezi fázemi se tedy přepojí akumulační kondenzátor z nové fáze do staré, nebo naopak. Zvolíme-li okamžik přepojení kondenzátoru během komutace tak, abj’· náboj prošlý kondensátorem ve staré a nové fázi byl stejný, bude na kondenzátoru napětová rovnováha. V tom spočívá princip způsobu komutace podle vynálezu. Nabíjení a vybíjení akumulačního kondenzátoru je vždy funkční, to znamená při nabíjení i vybíjení akumulačního kondenzátoru se kondenzátor podílí na komutaci proudu mezi fázemi. Na rozdíl od běžného doposud používaného způsobu, kdy funkční bylo pouze nabíjení kondenzátoru /obr.2b/ a vybíj.ení bylo pouze nutným předpokladem pro udržení rovnováhy na kondenzátoru.

1. typ nového způsobu komutace je vysvětlen na obr. 3a, b, c, d, e. Stavy před a po komutaci /obr. За, Й) odpovídající stavům u starého způsobu (obr. 2a, c).

Na obr. 3b je vidět, že odpovídá obdobnému stavu podle obr. 2b - do staré fáze např. T je připojen akumulační kondenzátor С.V polovině komutační doby/J*/2/ je např. pomocí tyristorů s nucenou komutací připojen kondenzátor ta, že je zapojen v opačné polaritě do nové fáze R (obr. 3c). Na průběh komutace mezi fázemi to nemá vliv, komutační obvod vyznačený smyčkou proudu i_K zůstává stejný. Proud v akumulačním kondenzátoru C obrátí polaritu a po dokončení komutace bude mít akumulační kondenzátor C stejné napětí jako před komutací. Na obr. 3© jsou časové průběhy proudů ve fázích a v kondenzátoru £.

2. typ nového způsobu komutace je na óbr. 4. Na rozdíl od 1. typu je akumulační kondenzátor připojen nejdříve do nové fáze např. R, která má vést proud /4Ь/, a potom Je přepojen do staré fáze např. T /4С/. Průběhy proudů jsou na obr. 4e. Je zřejmé, že zatěžování kondenzátoru C proudem u 2. typu je menší.

Principiální možnost, jak uskutečnit přepínání akumulačního kondenzátoru je na obr. 5 /pro 1. typ/ a na obr. 6 /pro 2. typ/. Funkce obvodu podle obr. 5 je následující:

225 922 vede tyristor 12 do fáze T /stará fáze/ a tyristor 13 z fáze S /nekomutující/. Nově bude sepnut tyristor 14 do fáze R /nová fáze/. Po vypnutí tyristoru 12 a sepnutí tyristoru 14 pokračuje do staré fáze T proud přes akumulační kondenzátor C s napětím který je připojen příslušnými diodami akumulačního usměrňovače. /Tento stav odpovídá obr. ЗЪ/. V polovině komutační doby se sepnou tyristory 2 a £, čímž se akumulační kondenzátor C připojí do nové fáze R v obrácené polaritě /odpovídá stavu na obr. Зс/. Dioda 1> umožní spolu se sepnutím tyristorů 2 a 2 převedení proudu do kondenzátoru C. Po ukončení komutace /poklesu proudu ve staré fázi T na nulu /se vypnou tyristory 2 a £ a proudový zflroj je spojen přes diodu 1 a nový tyristor 14 do nové fáze В - komutace je ukončena. Je zřejmé, že nucená komutace nebo vypínací schopnost je nutná nejen u hlavních tyristorů 11 až 16 proudového střídače, ale i u tyristorů 2± 3, resp. 5.,6, které zajištují přepínání akumulačního kondenzátoru C během komutace. Při komutaci tyristorů 11, 13» 15 obdobným způsobem pracují tyristory 5, 6 a dioda 4.

Na obr. 6 je principiální funkce obvodu umožňující nový způsob komutace 2. typu. Za počátek časové osy zvolíme podobně jako v předešlém případě vypnutí tyristoru 12 a sepnutí tyristoru 14. 0 úhel K/2 dříve před sepnutím tyristoru 12 sepneme tyristory 24 a 25» které připojí na nové fáze R akumulační kondenzátor C /odpovídá stavu na obr. 4Ь/. V okamžiku x«o zhasnou tyristory 12, 24» 25 a současně se zhasnutím tyristorl 24, 2^ přepne akumulační kondenzátor C do staré fáze T /odpovídá stavu na obr. 4с/. V okamžiku zhasnutí hlavního tyristoru střídače 12 je v nové fázi R již proud Id/2 a ve staré fázi se proud Id snížil na hodnotu Id/2 - tedy komutace proudu mezi fázemi již z poloviny proběhla.

Pro oba způsoby podle obr. 3 a 4 Je okamžik přepnutí kondenzátoru mezi starou a novou fází např. řízen napětovou regulační smyčkou, která udržuje konstantní napětí na kondenzátoru Cj nebo toto napětí reguluje podle zvolené závislosti.

Obvody, kterými lze uskutečnit nový způsob komutace 1. typu /obr.5) a 2. typu (obr. 6), nevyčerpávají různé možnosti, jak lze tento nový způsob komutace realizovat. Způsob komutace podle obou typů je nadřazen různým možnostem zapojení měniče a tyristoru, popř, jiných polovodičových součástek, kterými lze přepnutí akumulačního kondenzátoru mezi fázemi uskutečnit. Dálo je tento způsob komutace použitelný u jednofázových, třífázových a obecně m-fázových měhičů.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Způsob komutace m-fázového střídače proudu, vyznačený tím, že během komutace proudu mezi dvěma fázemi je akumulační kondenzátor přepínán z fáze dosud vedoucí proud do fáze nově vedoucí proud nebo z fáze nově vedoucí proud do fáze dosud vedoucí proud tak, aby náboj jím prošlý před přepnutím a po přepnutí byl stejný.