CS229593B1

CS229593B1 - Static frequency converter

Info

Publication number: CS229593B1
Application number: CS840382A
Authority: CS
Inventors: Zdenek Ing Dostal; Zdenek Ing Maca; Jaromir Caha
Original assignee: Zdenek Ing Dostal; Zdenek Ing Maca; Jaromir Caha
Priority date: 1982-11-24
Filing date: 1982-11-24
Publication date: 1984-06-18

Abstract

Vynález se týká statického měniče kmitočtu se společnou komutací tyristorů mostu střídače. Účelem vynálezu je zjednodušení zapojení komutačního obvodu statického měniče kmitočtu, které vede k nižším nárokům na počet a dynamické parametry potřebných polovodičových prvků při současném docílení vyšší účinnosti a spolehlivosti provozu. Uvedeného účelu se dosáhne vhodným uspořádáním aktivních a pasivních prvků komutačního obvodu statického měniče kmitočtu podle vynálezu.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a static frequency converter with a common commutation of thyristor bridge thyristors. The purpose of the invention is to simplify the connection of the commutating circuit of a static frequency converter, which results in lower number and dynamic parameters of the required semiconductor elements while at the same time achieving higher efficiency and reliability of operation. This purpose is achieved by suitable arrangement of the active and passive elements of the commutation circuit of the static frequency converter according to the invention.

Description

Vynález se týká statického měniče kmitočtu, sestávajícího z usměrňovače s filtrem, k jehož výstupu je připojen vstup pulsního měniče s filtrem, k jehož výstupu je připojen vstup pulsního měniče s filtrem, na jehož výstup je připojen vstup oddělovacího obvodu, k jehož výstupu je připojen vstup komutačního obvodu, a na jehož výstup je připojen střídač.BACKGROUND OF THE INVENTION The invention relates to a static frequency converter consisting of a filter rectifier, to the output of which a pulse converter filter is connected to an output of which a filter pulse converter input is connected to an output of which a decoupling circuit input is connected. of the switching circuit, and to the output of which the inverter is connected.

Tyristorové měniče kmitočtu nacházejí stále širší uplatnění v moderních průmyslových pohonech. U měničů kmitočtu napěťového typu může být prováděna změna napětí na výstupu pomocí řízených usměrňovačů na vstupu pulsních měničů v meziobvodu, nebo pomocí pulsní modulace přímo ve střídači. Pro aplikace s výstupním kmitočtem do cca 100 Hz je vhodné použít společnou komutaci tyristorů v mostu střídače ve spojení s pulsním měničem v meziobvodu. Jsou známy různé způsoby řešení obvodu pro společnou komutaci, avšak všechny jsou poměrně složité, náročné na polovodičové prvky a s malou účinností.Thyristor frequency converters are increasingly used in modern industrial drives. With voltage-type frequency converters, the output voltage can be changed by means of controlled rectifiers at the DC link input of pulse converters or by pulse modulation directly in the inverter. For applications with an output frequency of up to approx. 100 Hz, it is advisable to use a common commutation of thyristors in the bridge of the inverter in conjunction with a pulse converter in the DC link. Various ways of solving a common commutation circuit are known, but all are relatively complex, demanding on semiconductor devices and with low efficiency.

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny u statického měniče kmitočtu podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že komutační obvod je tvořen oddělovací diodou, jejíž anoda je připojena na kladnou svorku výstupu oddělovacího obvodu a současně na kladnou svorku vstupu střídače a jejíž katoda je připojena na první svorku přesytky, k jejíž druhé svorce je jednak připojen anodou komutační tyristor, který je katodou spojen se zápornou svorkou výstupu oddělovacího obvodu a současně se zápornou svorkou vstupu střídače, a jednak první svorka komutační tlumivky, jejíž druhá svorka je připojena na první svorku komutačního kondenzátoru, připojeného druhou svorkou na katodu komutačního tyristoru, a současně druhá svorka komutační tlumivky je připojena na katodu nabíjecí diody, jejíž anoda je přes nabíjecí odpor připojena na kladnou svorku vstupu oddělovacího obvodu, a jednak je na druhou svorku přesytky připojen ochranný obvod komutačního tyristorů, tvořený jednak ochranným odporem, připojeným první svorkou k anodě komutačního tyristorů a druhou svorkou jednak ke katodě první ochranné diody, která je anodou připojena na první svorku ochranného odporu, a jednak k první svorce prvního ochranného kondenzátoru, který je druhou svorkou připojen ke katodě komutačního tyristorů, a dále tvořený druhou ochrannou diodou, připojenou anodou k anodě komutačního tyristorů a katodou k první svorce druhého ochranného kondenzátoru, který je druhou svorkou připojen ke katodě komutačního tyristorů, přičemž ke katodě druhé ochranné diody je připojena první svorka vybíjecího odporu, který je druhou svorkou připojen na kladnou svorku vstupu oddělovacího obvodu.The aforementioned drawbacks are eliminated in the static frequency converter according to the invention, which is characterized in that the commutation circuit is formed by a separating diode whose anode is connected to the positive terminal of the separating circuit output and simultaneously to the positive terminal of the inverter input and whose cathode is connected to the first a clamp terminal, the second terminal of which is connected by an anode of a commutating thyristor, which is connected by cathode to the negative terminal of the separating circuit output and at the same time to the negative terminal of the inverter input; connected by a second terminal to the cathode of the commutating thyristor, and at the same time the second terminal of the commutating choke is connected to the cathode of the charging diode, the anode of which is connected via a charging resistor to the positive terminal of the separating circuit input; a commutating thyristor protective circuit consisting of a protective resistor connected by a first terminal to the commutating thyristor anode and a second terminal to the cathode of the first protective diode connected by the anode to the first protective resistor terminal and to the first terminal of the first protective capacitor which is the second terminal connected to a cathode of a commutating thyristor, and further comprising a second protective diode, an anode connected to an anode of the commutating thyristor and a cathode to a first terminal of a second protective capacitor connected by a second terminal to a cathode of the commutating thyristor; which is connected to the positive terminal of the isolation circuit input by a second terminal.

Řešením komutačního obvodu statického měniče kmitočtu podle vynálezu se značně zjednoduší zapojení tohoto obvodu, výrazně se sníží nároky na osazení polovodičovými prvky a současně se docílí vyšší účinnosti při zabezpečení větší spolehlivosti provozu.The solution of the commutation circuit of the static frequency converter according to the invention greatly simplifies the wiring of this circuit, considerably reduces the demands on the semiconductor elements and at the same time achieves higher efficiency while ensuring greater reliability of operation.

Na připojených výkresech je znázorněn příklad provedení statického měniče kmitočtu podle vynálezu, kde obr. 1 ukazuje blokové schéma zapojení statického měniče kmitočtu, na obr. 2 je zobrazeno zapojení komutačního obvodu, na obr. 3 je znázorněn průběh napětí a proudu na komutačním kondenzátoru v okamžiku vypínání tyristorů střídače, obr. 4 představuje možné vytvoření oddělovacího obvodu a obr. 5 představuje další možné vytvoření oddělovacího obvodu statického měniče kmitočtu.In the accompanying drawings, an exemplary embodiment of a static frequency converter according to the invention is shown, wherein FIG. 1 shows a block diagram of a static frequency converter, FIG. 2 shows a circuit of a commutation circuit, FIG. Fig. 4 shows a possible design of a decoupling circuit and Fig. 5 shows a further possible design of a decoupling circuit of a static frequency converter.

Statický měnič kmitočtu podle vynálezu sestává podle naznačeného schéma zapojení na obr. 1 z usměrňovače 1 s filtrem, k jehož výstupu 12 je připojen vstup 21 pulsního měniče 2 s filtrem. Na výstup 22 pulsního měniče s filtrem je připojen vstup 31 oddělovacího obvodu 3, k jehož výstupu 32 je připojen vstup 41 komutačního obvodu 4, přičemž na výstup 42 komutačního obvodu 4 je připojen vstup 51 střídače 5.The static frequency converter according to the invention consists of a rectifier 1 with a filter, to the output 12 of which the input 21 of the pulse converter 2 with a filter is connected. To the output 22 of the pulse converter with filter is connected the input 31 of the isolation circuit 3, to the output 32 of which the input 41 of the commutation circuit 4 is connected, while the output 51 of the commutation circuit 5 is connected.

Komutační obvod 4 statického měniče kmitočtu podle vynálezu, v zapojení naznačeném na obr. 2, je tvořen oddělovací diodou 43, jejíž anoda je připojena na kladnou svorku 321 výstupu 32 oddělovacího obvodu 3 a současně na kladnou svorku 511 vstupu 51 střídače 5. Katoda oddělovací diody 43 je připojena na první svorku 441 přesytky 44, k jejíž druhé svorce 442 je jednak připojen anodou komutační tyristor 45 a jednak první svcrka 461 komutační tlumivky 46. Komutační tyristor 45 je katodou spojen se zápornou svorkou 322 výstupu 32 oddělovacího obvodu 3 a současně se zápornou svorkou 512 vstupu 51 střídače 5. Komutační tlumivka 46 je druhcu svorkou 462 připojena na první svorku 471 komutačního kondenzátoru 47, který je druhou svorkou 472 připojen na katodu komutačního tyristorů 45. Současně je komutační tlumivka 46 připojena svou druhou svorkou 462 na katodu nabíjecí diody 48. Anoda nabíjecí diody 48 je přes nabíjecí odpor 49 připojena na kladnou svorku 311 vstupu 31 oddělovacího obvodu 3.The commutation circuit 4 of the static frequency converter according to the invention, in the circuit shown in FIG. 2, consists of a diode 43 whose anode is connected to the positive terminal 321 of the output 32 of the separation circuit 3 and simultaneously to the positive terminal 511 of the input 51 of the inverter 5. 43 is connected to the first terminal 441 of the wrist 44, to which the second terminal 442 is connected both by the anode of the commutating thyristor 45 and the first terminal 461 of the commutating choke 46. The commutating thyristor 45 is cathoded to the negative terminal 322 of the output 32 of separation circuit 3 and negative The commutating choke 46 is connected to the first terminal 471 of the commutating capacitor 47, which is connected to the cathode of the commutating thyristors 45 by the second terminal 472. At the same time, the commutating choke 46 is connected by its second terminal 462 to the cathode of the charging diode 48. The anode of the charging diode 48 is across the charging diode por 49 is connected to the positive terminal 311 of the input 31 of the isolation circuit 3.

Na druhou svorku 442 přesytky 44 je dále připojen ochranný obvod 40 komutačního tyristorů 45, který je tvořen jednak ochranným odporem 401, připojeným první svorkou 4011 k anodě komutačního tyristorů 45 a druhou svorkou 4012 jednak ke katodě první ochranné diody 402 a jednak k první svorce 4031 prvního ochranného kondenzátoru 403. První ochranná dioda 402 je pak anodou připojena na první svorku 4011 ochranného odporu 401. Ochranný odpor 401 je druhou svorkou 4012 dále připojen i k první svorce 4031 prvního ochranného kondenzátoru 403, který je druhou svorkou 4032 připojen ke katodě komutačního tyris5 toru 45. Ochranný obvod 40 je dále tvořený druhou ochrannou diodou 404, která je připojena anodcu k anodě komutačního tyristoru 45 a katodou k první svorce 4051 druhého ochranného kondenzátoru 405, který je druhou svorkou 4052 připojen ke katodě komutačního tyristoru 45.Connected to the second terminal 442 of the worm 44 is a protective circuit 40 of the commutating thyristor 45, consisting of a protective resistor 401 connected by a first terminal 4011 to the anode of the commutating thyristor 45 and a second terminal 4012 to both the cathode of the first protective diode 402 and second to terminal 4031. The first protective diode 402 is then anode connected to the first terminal 4011 of the protective resistor 401. The protective resistor 401 is further coupled to the first terminal 4031 of the first protective capacitor 403, which is connected to the cathode of the commutation thyristor. 45. The protective circuit 40 is further comprised of a second protective diode 404 which is anodically connected to the anode of the commutating thyristor 45 and a cathode to the first terminal 4051 of the second protective capacitor 405 which is connected to the cathode of the commutating thyristor 45.

Ke katodě druhé cchranné diody 404 je potom dále připojena první svorka 041 vybíjecího odporu 04, který je druhou svorkou 042 připojen na kladnou svorku 311 vstupu 31 oddělovacího obvodu 3.Next, the first discharge resistance terminal 041 is connected to the cathode of the second diode 404, which is connected to the positive terminal 311 of the inlet circuit 31 by the second terminal 042.

Oddělovací obvod 3 statického měniče kmitočtu podle vynálezu, jež zde slouží pro omezení zkratového proudu v okamžiku komutace, lze užít ve více modifikacích, jako například může být tento oddělovací obvod 3 tvořen účinnostním transformátorem 33 ve spojení s účinnostmi diodou 34, jak je naznačeno na obr. 4, nebo také jako sério-paralelní zapojení oddělovací tlumivky 35, vybíjecího odporu 36 a vybíjecí diody 37.The separation circuit 3 of the static frequency converter according to the invention, which serves here to limit the short-circuit current at the moment of commutation, can be used in several modifications, such as this separation circuit 3 can be formed by an efficient transformer 33 in conjunction with diode 34 as indicated in FIG. 4, or also as a series-parallel connection of a decoupling choke 35, a discharge resistor 36 and a discharge diode 37.

Činnost statického měniče kmitočtu podle vynálezu je následující.The operation of the static frequency converter according to the invention is as follows.

Síťové napětí se usměrní neřízeným usměrňovačem 1 s filtrem, z jehož výstupu 12 se přivádí na vstup pulsního měniče 2 s filtrem, na jehož výstupu 22 se získává proměnné stejnosměrné napětí v závislosti na požadovaném napětí na výstupu 52 střídače 5. Pro vytvoření střídavého napětí jsou ve střídači 5 sepnuty vždy určité trojice nebo dvojice tyristorů střídače 5 po dobu jedné šestiny periody. Po skončení tohoto intervalu jsou tyto tyristory vypínány pomocí komutačního obvodu 4 a v následujícím intervalu se zapínají další kombinace tyristorů střídače 5. V okamžiku, kdy má dojít k vypnutí tyristorů střídače 5, přivádí se spouštěcí impuls na mřížku komutačního tyristoru 45 komutačního obvodu 4. Tento komutační tyristor sepne a uzavře obvod, sestávající z komutačního kondenzátoru 47, komutační tlumivky 46 a komutačního tyristoru 45. Komutační kondenzátor 4.7, který byl nabit o polaritě naznačené na obr. 3, se začne v okamžiku ti příchodu spouštěcího impulsu pro komutační tyristor 45 přebíjet a obvodem začne protékat komutační proud i_k sinusového průběhu, který v okamžiku tž dosáhne prvního maxima komutačního proudu I_ki. V okamžiku ts změny polarity komutačního proudu i_k se otevírají zpětné diody v mostu střídače 5 a komutační proud i_k se uzavírá obvodem, sestávajícím ze zpětných diod střídače 5, komutačního kondenzátoru 47, oddělovací diody 43, přesytky 44 a komutační tlumivky 46.The mains voltage is rectified by an uncontrolled filter rectifier 1, the output of which is supplied to the input of the filter pulse changer 2, whose output 22 receives a variable DC voltage depending on the desired voltage at the output 52 of the inverter 5. certain triplets or pairs of inverter thyristors 5 are switched on for one sixth of the period. At the end of this interval, these thyristors are switched off by the commutation circuit 4, and in the following interval other inverter thyristor combinations 5 are switched on. When the inverter thyristors 5 are to be switched off, a trigger pulse is applied to the commutation thyristor grid 45. the commutating thyristor closes and closes the circuit consisting of the commutating capacitor 47, the commutating choke 46 and the commutating thyristor 45. The commutating capacitor 4.7, which has been charged with the polarity indicated in FIG. The commutation current i begins to flow through the circuit _{to the} sine wave, which at the moment t reaches the first maximum of the commutation current I _ki . When the polarity of the commutation current i _k changes, the reverse diodes in the bridge of the inverter 5 open and the commutation current i _k is closed by a circuit consisting of the reverse diodes of the inverter 5, the commutating capacitor 47, the separating diodes 43.

Průchodem tohoto komutačního proudu i_;. přes zpětné diody mostu střídače 5 se vytváří na tyristorech mostu střídače 5 záporné napětí a tyto tyristory vypínají. Toto vypnutí nastává za předpokladu, že komutační tlumivka 46 a komutační kondenzátor 47 jsou navrženy tak, aby komutační proud i_kbyl větší než okamžitá hodnota proudu I zátěže v okamžiku komutace po dobu delší než je vypínací doba t_q tyristorů v mostu střídače 5. Komutační obvod 4 vypíná v okamžiku t3 změny kladné polarity komutačního obvodu i_k.Passing this commutation current i _; . through the reverse diodes of the bridge of the inverter 5, a negative voltage is generated at the thyristors of the bridge of the inverter 5 and they switch off the thyristors. This tripping occurs provided that the commutating choke 46 and the commutating capacitor 47 are designed such that the commutating current i _k is greater than the instantaneous load current I at the moment of commutation for longer than the tripping time t _{q of the} thyristors in the bridge of the inverter. the circuit 4 switches off at the moment t3 the change of the positive polarity of the commutation circuit i _k .

Úbytek napětí na komutačním kondenzátoru 47, který vznikl v průběhu komutačního kmitu v důsledku ztrát, se nahrazuje dobíjením z konstantního napětí před pulsním měničem 2 s filtrem přes nabíjecí odpor 49 a nabíjecí diodu 48. Jak je patrno podle obr. 2, je komutační tyristor 45 chráněn jednak klasickou ochranou, tvořenou ochranným odporem 401, prvním ochranným kondenzátorem 403 a první ochrannou diodou 402 a navíc další přepěťovou ochranou, která je tvořena druhou ochrannou diodou 404, druhým ochranným kondenzátorem 405 a vybíjecím odporem 04, přičemž pro omezení proudových rázů komutačním tyristorem 45 slouží přesytka 44.The voltage drop across the commutating capacitor 47 due to losses during commutation oscillation is replaced by charging from a constant voltage upstream of the pulse changer 2 with the filter through the charging resistor 49 and the charging diode 48. As can be seen in FIG. protected by a classical protection consisting of a protective resistor 401, a first protective capacitor 403 and a first protective diode 402, and a further overvoltage protection consisting of a second protective diode 404, a second protective capacitor 405 and a discharge resistor 04, serves the dung 44.

Claims

SUBJECT

Static frequency converter, consisting of a rectifier with a filter, to the output of which a pulse converter with a filter is connected, the output of which is connected to the isolation circuit input, to the output of which the commutation circuit input is connected; characterized in that the commutation circuit (4) is formed by a separating diode (43) whose anode is connected to the positive terminal (321) of the output (32) of the separation circuit (3) and simultaneously to the positive terminal (511) of the inverter (5) ) and whose cathode is connected to a first clamp (441) of a clamp (44), to which the second terminal (442) is connected by an anode commutating thyristor (45), which is connected to the negative terminal (322) of the separating circuit output (32). (3) and at the same time with the negative terminal (512) of the inlet (51) of the invention (5) and the first terminal (461) of the commutating choke (46), the second terminal (462) of which is connected to the first terminal (471). a commutating capacitor (47) connected by a second terminal (4721 to the cathode of the commutating thyristor (45) and at the same time a second terminal (462) of the commutating choke (46) is connected to the cathode of the charging diode (48) connected to the positive terminal (311) of the separating circuit input (3), and secondly, the protective circuit (40) of the commutating thyristor (45) formed by a protective resistor (401) connected by the first terminal (44) is connected to the second terminal (4421). 4011) to the anode of the commutation thyristor (45) and the second terminal (4012) to the cathode of the first protective diode (402), which is the anode at 229593

I coupled to the first terminal (4011) of the protective resistor (401) and to the first terminal (4031) of the first protective capacitor (403) which is connected to the cathode of the commutating thyristor (45) by the second terminal (4032). a diode (404) connected to the anode of the commutating thyristor (45) and a cathode to a first terminal (4051) of the second protective capacitor (405) which is connected to the cathode of the commutating thyristor (45) by a second terminal (4052); the first terminal (041) of the discharge resistor (04) is connected to the positive terminal (311) of the input (31) of the separation circuit (3) by a second terminal (042).