CS262271B1 - Zapojení frekvenčního měniče s vlastní komutací - Google Patents

Abstract

Týká se zapojení frekvenčního měniče s vlastní komutací, obsahujícího zdroj proudu, blok střídače a komutační obvody. Zdroj proudu je tvořen alespoň jedním trojfázovým tyristorovým můstkem, na jehož stejnosměrné straně je zapojena vyhlazovací indukčnost a blok střídače je rovněž tvořen alespoň jedním troj fázovým tyristorovým můstkem. Ke střídavým vývodům bloku stří­ dače jsou zapojeny střídavé vývody akumulačního můstku, k jehož stejnosměrným vý­ vodům je paralelně přes oddělovací diodu zapojen akumulační kondenzátor, k němuž je rovněž paralelně přes vyhlazovací tlumivky zapojen svými stejnosměrnými vývody troj fázový řízený usměrňovač, jehož stří­ davá strana je spojena blokem transformá­ toru. Na stejnosměrnou stranu akumulačního můstku jsou připojeny dva analogické obvody dobíječích kondenzátorů s dobíjeclmi zdroji, které slouží pro dobíjení dvou komutačních kondenzátorů s pomocnými komutačními obvody.

Description

Vynález se týká zapojení frekvenčního měniče s v..5tní komutací, zejména pro pohony střídavých motorů. Pro tyto účely, zvláště pro pohony s asynchronními motory s kotvou nakrátko se užívají tyristorové frekvenční měniče s vlastní komutací využívající jak střídače napětí, tak střidače proudu. Pro jednomotorové pohony vyšších výkonů s nutností reverzace proudu, které umožňují bez komplikací neomezený generátorický chod motoru a nemají ve stejnosměrném meziobvodu velký filtrační kondenzátor. Existuje celá řada frekvenčních měničů na bázi střídačů proudu s vlastní kondenzátorovou komutací, které se liší celkovou složitosti zapojení, zapojením pomocných komutačních obvodů, užitím dvoustupňové nebo třístupňové komutace, aplikačním užitím pro určitou oblast střídavých pohonů atd. Dosti závažným problémem střídačů proudu je většinou omezený frekvenční rozsah, který plyne bud z principu zapojení (například střídač proudu s dvoustupňovou komutací a oddělovacími diodami, který se užívá většinou jen do 50-60 Hz), nebo frekvenční rozsah omezují pomocné komutační obvody (zapojení s centrálním komutačním kondenzátorem, který provádí vlastní komutaci anodové i katodové skupiny hlavních tyristorů).

V případě, že požadovaný frekvenční rozsah střídačového pohonu je nutno regulovat ve velmi širokých mezích až do řádově stovek Hz, se většinou užívá střídačů napětí. Jestliže však se současně s velkým frekvenčním rozsahem požaduje i generátorický chod motoru (například asynchronní dynamometry s frekvencí až do cca 300 Hz a trvalým generátorickým chodem), je výhodné i pro tyto vyšší frekvence použít střídač proudu.

x

Zapojeni frekvenčního měniče s vlastní komutací podle vynálezu odstraňuje uvedené nevýhody a jeho podstatou je, že k výstupním stejnosměrným vývodům zdroje proudu, obsahujícího alespoň jeden trojfázový tyristorový můstek, na jehož stejnosměrné straně je zapojena vyhlazovací indukčnost, jsou paralelně připojeny stejnosměrné vývody bloku střidače, tvořeného alespoň jedním ze dvou trojfázových tyristorových můstků. Střídavé vývody bloku střídače jsou spojeny jednak se zátěží a jednak se střídavými vývody troj fázového akumulačního můstku tvořeného diodami, jehož vývod anodové skupiny diod je spojen s katodou první oddělovací diody zapojené do série s akumulačním kondenzátorem, jehož druhý pól je spojen s vývodem katodové skupiny diod troj fázového akumulačního můstku. Paralelně k akumulačnímu kondenzátoru jsou přes první a druhou tlumivku zapojeny stejnosměrné vývody trojfázového řízeného usměrňovače, jehož střídavé vývody jsou spojeny se vstupy bloku transformátoru. Vývod anodové skupiny diod trojfázového akumulačního můstku je spojen s anodou druhé oddělovací diody, jejíž anoda je spojena s jedním pólem prvního dobíjecího kondenzátoru, zapojeného spolu s prvním vybíjecím odporem paralelně k prvnímu dobíjecímu zdroji. Druhý pól prvního dobíjecího kondenzátoru je spojen jednak s vývodem katodové skupiny diod trojfázového akumulačního můstku a jednak s anodou třetí oddělovací diody, jejíž katoda je spojena s jedním pólem druhého dobíjecího kondenzátoru zapojeného spolu s druhým vybíjecím odporem paralelně k druhému dobíjecímu zdroji. Druhý pól druhého dobíjecího kondenzátoru je spojen s katodou druhé oddělovací diody, jejíž anoda je spojena s anodou první omezovači diody, jejíž katoda je spojena s vývodem anodové skupiny tyristorů bloku střidače a zároveň s anodou čtvrté oddělovací diody, jejíž katoda je spojena s jedním pólem prvního komutačního kondenzátoru zapojeného v sérii s první komutační indukčností a prvním překmitovým tyristorem a k této sériové kombinaci je paralelně zapojena první překmitová indukčnost. Anoda prvního překmitového tyristorů je spojena s katodou prvního dobíjecího tyristorů a katodou prvni překmitové diody, jejíž anoda je spojena s katodou druhé oddělovací diody, a zároveň s katodou prvního komutačního tyristorů, jehož anoda je spojena s katodou prvního překmitového 'tyristorů a anoda prvního dobíjecího tyristorů je přes paralelní spojení prvního ochranného kondenzátoru a třetího vybíjecího odporu spojena s katodou třetí oddělovací diody a zároveň s katodou druhé omezovači diody, jejíž anoda je spojena s vývodem katodové skupiny tyristorů bloku střidače a zároveň s katodou páté oddělovací diody. Anoda páté , oddělovací diody je spojena s jedním pólem druhého komutačního kondenzátoru, zapojeného v sérii s druhou komutační indukčností a druhým překmitovým tyristorem ě k této sériové kombinaci je paralelně zapojena druhá: překmitová indukčnost. Katoda druhého překmitového tyristorů je spojena s anodou druhé překmitové diody á s anodou druhého dobíjecího tyristorů, jehož katoda je přes paralelní spojení druhého ochranného kondenzátoru a čtvrtého vybíjecího odporu spojena s anodou druhé oddělovací diody a katoda druhé překmitové diody je spojena s anodou třetí oddělovací diody a s anodou druhého komutačního tyristoru, jehož katoda je spojena s anodou druhého překmitového tyristoru.

Zapojení frekvenčního měniče s vlastní komutací podle vynálezu odstraňuje nevýhody omezeného frekvenčního rozsahu dosud užívaných střídačů proudu zapojením komutačních obvodů a ponechává výhody střídače proudu - zejména možnost trvalého generátorického chodu. Zároveň má toto zapojení i další výhody, které jej předurčuje k realizaci dynamicky kvalitních, náročných pohonů s velkým frekvenčním rozsahem. Má velmi dobré vlastnosti při těžkých frekvenčních rozbězích s nutností zachovat komutační schopnost a proudovou přetížitelnost pro nízké frekvence. Tyto cenné pohonářské vlastnosti umožňuje zapojení komutačního obvodu, které zajištuje vlastní komutaci hlavních tyristorů střídače nezávisle na frekvenci a napětí motoru.

Frekvenční měnič podle vynálezu je vhodný k realizaci v širokém výkonovém rozsahu i v případě paralelního chodu hlavních tyristorů.

Příklad zapojení frekvenčního měniče podle vynálezu je na přiloženém výkresu, kde je znázorněno schéma zapojení pro paralelní spojení dvou tyristorů v hlavních obvodech napájecí i střídačové části. Zároveň s popisem zapojení bude popsána i jeho funkce.

Napájecí část stejnosměrného proudového meziobvodu frekvenčního měniče je tvořena zdrojem 1° proudu, který obsahuje dva paralelně spojené troj fázové tyristorové můstky s tyristory 1. až 6. a J_ až 12. Paralelní spojeni zajlšEují dělicí reaktory 13 až 18. Za předpokladu menšího výkonu měniče, kdy není nutné paralelní řazení, jsou zapojeny pouze tyristory 1 ai 6 a dělicí reaktory 13 až 18 nejsou použity. Frekvenční měnič· je napájen bud přímo ze sítě (blok 3°), nebo z měničového transformátoru. Na stejnosměrné straně trojfázových tyristorových můstků zdroje 1° proudu je zapojena první a druhá vyhlazovací indukčnost 19,

20. Jejich zapojení je symetrické v anodové i katodové skupině tyristorů tak, aby napětí všech částí obvodu proti zemi bylo symetrické.

Paralelně přes první a druhou vyhlazovací indukčnost 19, 20 jsou ke zdroji 1° proudu připojeny stejnosměrné vývody bloku 2° střídače, který je tvořen dvěma troj fázovými tyristorovými můstky s tyristory 21 až 26 a 27 až 32, které jsou spojeny přes rozdělovači reaktory 33 až 38. Na střídavé straně bloku g° střídače je připojena jednak zátěž 4°, tvořená zejména jedním nebo více asynchronními motory s kotvou nakrátko a jednak střídavé vývody trojfázového akumulačního můstku 8°, tvořeného diodami 39 až 44. Akumulační můstek 8° omezuje přepětí i na motoru zátěže 4° do akumulačního kondenzátoru 45, který je přes první oddělovací diodu 46 zapojen paralelně k stejnosměrným vývodům akumulačního můstku 8°. Při každé komutaci pohltí tedy akumulační kondenzátor 45 určitou energii ze zátěže. První oddělovací dioda 46 zamezuje vyrovnávacím proudům mezi komutačními kondenzátory a akumulačním kondenzátorem 45. Rovnováha na akumulačním kondenzátoru 45 je udržována troj fázovým řízeným usměrňovačem v můstkovém zapojení s tyristory 49 až 54, který je přes první a druhou vyhlazovací tlumivku 47, 48 zapojen paralelně k akumulačnímu kondenzátoru 4_5. První a druhá vyhlazovací tlumivka 47, 48 umožňuje vybíjení akumulačního kondenzátoru 45 přibližně stejnosměrným proudem s malým zvlněním. Trojfázový řízený usměrňovač je zapojen jako střídaěse sítovou komutací a vrací energii z akumulačního kondenzátoru 45 přes transformátor bloku 5°, zapojený k jeho střídavým vývodům 5.1, 5.2, 5,3 do napájecí sítě. Je výhodné spojit funkci vracení akumulační enei^e z akumulačního kondenzátoru 45 s napájením frekvenčního měniče tak, že blok 3° a 5° tvoří;společný měničový transformátor se dvěma sekundárními vinutími. První sekundární vinutí (blok 3 ) napájí blok 2° střídače a druhé sekundární vinutí (blok 5°) odvádí akumulační energii zpět do napájecí sítě.

Na stejnosměrnou stranu akumulačního můstku 8~ jsou připojeny dva analogické obvody dobíječích kondenzátorů. První obvod je tvořen druhou oddělovací diodou 57, jejíž katoda je spojena s anodovou skupinou diod akumulačního můstku a jejíž anoda je spojena s jedním pólem prvního dobíjecího kondenzátoru 55, zapojeného spolu s prvním vybíjecím odporem 56 paralelně k prvnímu dobíjecímu zdroji 6° a druhý pól prvního dobíjecího kondenzátoru 55 je spojen s katodovou skupinou diod akumulačního můstku 8°. Napětí na prvním dobíjecím kondenzátoru 55 je udržováno na minimální hodnotě prvním dobíjecím zdrojem 6°, který je tvořen pomocným transformátorem a diodovým usměrňovačem.

Druhý obvod je tvořen druhým dobíjecím kondenzátorem 61, zapojeným spolu s druhým vybíjecím odporem 62 paralelně k druhému dobíjecímu zdroji 7°, přičemž jeden pól je spojen s katodou druhé oddělovací diody 57 a druhý pól je spojen s katodou třetí oddělovací diody 59, jejíž anoda je spojena s katodovou skupinou diod akumulačního můstku £°. Druhý dobíječi zdroj 7° je analogického provedení jako blok 6°. První dobíječi kondenzátor 55 slouží pro dobíjení druhého komutačního kondenzátoru 80 a pro omezování přepětí na tyristorech anodových skupin bloku £° střídače, k čemuž slouží i první omezovači dioda £8, jejíž anoda je spojena s anodou druhé oddělovací diody 57 a katoda je spojena s vývodem anodové skupiny tyristorů bloku 2° střídače. Druhý dobíječi kondenzátor 61 slouží k dobíjení prvního komutačního kondenzátoru 79 a k omezování přepětí na katodových skupinách tyristorů bloku 2° střídače spolu s druhou omezovači diodou 60, jejíž katoda je spojena s katodou třetí oddělovací diody 59 a anoda je spojena s vývodem katodové skupiny tyristorů bloku 2° střídače. Oddělovací diody 57 a 59 oddělují napětové úrovně kondenzátorů 55, 61 od napětové úrovně akumulačního kondenzátoru 45. Dobíjení prvního komutačního kondenzátoru 79 z druhého dobíjecího zdroje 7° zajištuje první dobíječi tyristor £8, jehož anoda je přes paralelní spojení prvního ochranného kondenzátoru 65 s třetím vybíjecím odporem 66 spojena s katodou třetí oddělovací diody £9. Dobíjení druhého komutačního kondenzátoru 80 z prvního dobíjecího zdroje 6° zajištuje druhý dobíječi tyristor 67, jehož katoda je přes paralelní spojení druhého ochranného kondenzátoru 63 se čtvrtým vybíjecím odporem 64 spojena s anodou druhé oddělovací diody 57. Při dobíjení komutačních kondenzátorů 79, 80 se uplatňují spolu s dobíjecími tyristory 67, 68 i komutační tyristory 71, 72 a překmitové indukčnosti 81, 82.

Vlastní komutace hlavních tyristorů anodových skupin bloku 2° střídače je zajištována pomocným komutačním obvodem, tvořeným čtvrtou oddělovací diodou 69, jejíž anoda je spojena s katodou první omezovači diody 58 a jejíž katoda je spojena s jedním pólem prvního komutačního kondenzátoru 79, zapojeného v sérii s prvni komutační indukčnosti 77 a prvním překmitovým tyristorem 76. K této sériové kombinaci je paralelně zapojena první překmitová indukčnost 81. Anoda prvního překmitového tyristorů 76 je spojena s katodou prvního dobíjecího tyristorů 68 a katodou první překmitové diody 73, jejíž anoda je spojena s katodou druhé oddělovací diody 57 a zároveň s katodou prvního komutačního tyristorů 71, jehož anoda je spojena s katodou prvního překmitového tyristorů 76. Proudový komutační puls je veden z prvního komutačního kondenzátoru 79 přes první komutační indukčnost 77, první komutační tyristor 71 a přes jednu z .diod anodové skupiny akumulačního můstku na příslušný tyristor anodových skupin bloku 2° střídače a přes čtvrtou oddělovací diodu 69 zpět do prvního komutačního kondenzátoru 79 Překmitnutí tohoto kondenzátoru na opačnou polaritu zajištuje první překmitová dioda 73 a první překmitová indukčnost 81. Návrat napětí prvního komutačního kondenzátoru 79 do původu polarity s + pólem na anodě prvního komutačního tyristorů 71 se provádí prvním překmitovým tyristorem 76 opět přes první překmitovou indukčnost 81. Čtvrtá oddělovací dioda 69 odděluje první komutační kondenzátor 79 od možného vybíjení přes hlavní tyristory bloku 2° střídače a akumulační kondenzátor 45.

Komutace katodových skupin tyristorů bloku 2° střídače je zajišňována analogickým obvodem, sestávajícím z páté oddělovací diody 70, jejíž katoda je spojena s anodou druhé omezovači diody 60 a jejíž anoda je spojena s jedním pólem druhého komutačního kondenzátoru £0, zapojeného v sérii s druhou komutační indukčnosti 78 a druhým překmitovým tyristorem 75. K této sériové kombinaci je paralelně zapojena druhá překmitová indukčnost 82. Katoda druhého překmitového ·tyristorů 75 je spojena s anodou druhého dobíjecího tyristorů 67 a s anodou druhé překmitové diody 74, jejíž katoda je spojena s anodou třetí oddělovací diody 59 a s anodou druhého komutačního tyristorů 72, jehož katoda je spojena s anodou druhého překmitového tyristoru 75. Překmitnutí druhého komutačního kondenzátoru 80 se v jedné polaritě napětí děje přes druhou překmitovou indukčnost 82, druhou překmitovou diodu 74 a druhý komutační tyristor 72. V opačné polaritě napětí překmitne druhý komutační kondenzátor 80 přes druhý překmitový tyristor 75 a druhou překmitovou indukčnost 82.

Komutační obvody kondenzátorů 79 a 80 jsou navzájem nezávislé, a proto komutace anodových a katodových skupin hlavních tyristorů bloku 2° střídače není vázána vzájemnými podmínkami.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Zapojení frekvenčního měniče s vlastní komutací obsahující zdroj proudu, blok střídače a komutační obvody, vyznačené tím, že k výstupním stejnosměrným vývodům zdroje (1°) proudu, obsahujícího alespoň jeden trojfázový tyristorový můstek s tyristory (1 až 6) nebo (7 až 12), na jehož stejnosměrné straně je zapojena první a druhá vyhlazovací indukčnost (19, 20), jsou paralelně připojeny stejnosměrné vývody bloku (2°) střídače, tvořeného alespoň jedním ze dvou trojfázových tyristorových můstků s tyristory (21 až 26) a (27 až 32) a rozdělovači reaktory (33 až 38), přičemž střídavé vývody bloku (2°) střídače jsou spojeny jednak se zátěží (4°) a jednak se střídavými vývody trojfázového akumulačního můstku (8°), tvořeného diodami (39 až 44), jehož vývod anodové skupiny diod je spojen s katodou první oddělovací diody (46) , zapojené do série s akumulačním kondenzátorem (45), jehož druhý pól je spojen s vývodem katodové skupiny diod trojfázového akumulačního můstku a paralelně k akumulačnímu kondenzátoru (45) jsou přes první a druhou vyhlazovací tlumivku (47, 48) zapojeny stejnosměrné vývody trojfázového řízeného usměrňovače tvořeného tyristory (49 až 54), jehož střídavé vývody jsou spojeny se vstupy bloku (5°) transformátoru a dále vývod anodové skupiny diod trojfázového akumulačního můstku je spojen s katodou druhé oddělovací diody (57), jejíž anoda je spojena s jedním pólem prvního dobíjecího kondenzátoru (55) , zapojeného spolu s prvním vybíjecím odporem (56) paralelně k prvnímu dobíjecímu zdroji (6), přičemž druhý pól prvního dobíjecího kondenzátoru (55) je spojen jednak s vývodem katodové skupiny diod trojfázového akumulačního můstku a jednak s anodou třetí oddělovací diody (59), jejíž katoda je spojena s jedním pólem druhého dobíjecího kondenzátoru (61) , zapojeného spolu s druhým vybíjecím odporem (62) paralelně k druhému dobíjecímu zdroji (7°), přičemž druhý pól druhého dobíjecího kondenzátoru (61) je spojen s katodou druhé oddělovací diody (57) , jejíž anoda je spojena s anodou první omezovači diody (58), jejíž katoda je spojena s vývodem anodové skupiny tyristorů bloku (2°) střídače a zároveň s anodou čtvrté oddělovací diody (69) , jejíž katoda je spojena s jedním pólem prvního komutačního kondenzátoru (79), zapojeného v sérii s první komutační indukčností (77) a prvním překmitovým tyristorem (76) a k této sériové kombinaci je paralelně zapojena první překmitová indukčnost (81), přičemž anoda prvního překmitového tyristoru (76) je spojena s katodou prvního dobíjecího tyristoru (68) a katodou první překmitové diody (73), jejíž anoda je spojena s katodou druhé oddělovací diody (57) a zároveň s katodou prvního komutačního tyristoru (71), jehož anoda je spojena s katodou prvního překmitového tyristoru (76) a anoda prvního dobíjecího tyristoru (68) je přes paralelní spojení prvního ochranného kondenzátoru (65) a třetího vybíjecího odporu (66) spojena s katodou třetí oddělovací diody (59) a zároveň s katodou druhé omezovači diody (60), jejíž anoda je spojena s vývodem katodové skupiny tyristorů bloku (2°) střídače a zároveň s katodou páté oddělovací diody (70), jejíž anoda je spojena s jedním pólem druhého komutačního kondenzátoru (80) , zapojeného v sérii s druhou komutační indukčností (78) a druhým překmitovým tyristorem (75) a k této sériové kombinaci je paralelně zapojena druhá překmitová indukčnost (82), přičemž katoda druhého překmitového tyristoru (75) je spojena s anodou druhé překmitové diody (74) a s anodou druhého dobíjecího tyristoru (67), jehož katoda je přes paralelní spojení druhého ochranného kondenzátoru (63) a čtvrtého vybíjecího odporu (64) spojena s anodou druhé oddělovací diody (57) a katoda druhé překmitové diody (74) je spojena s-anodou třetí oddělovací diody (59) a s anodou druhého komutačního tyristoru (72), jehož katoda je spojena s anodou druhého překmitového tyristoru (75).