Pierwszenstwo: 23.02.1972 (P.153630) Zgloszenie ogloszono: 30.05.1973 Opis patentowy opublikowano: 18.04.1975 74960 KI. 21d2,12/03 MKP H02m 7/52 CZYTELNIA Urzedu Patentowego f.\*M imzimnH.!) uimi Twórca wynalazku: Krzysztof Zochowski Uprawniony z patentu tymczasowego: Politechnika Warszawska, Warsza¬ wa (Polska) Uklad wspólpracy dwóch falowników szeregowo-równoleglych z rezonansowym obwodem komutacji pradu, jedno- lub trójfazowych Przedmiotem wynalazku jest uklad wspólpracy dwóch falowników szeregowo-równoleglych, z re¬ zonansowym obwodem komutacji pradu. W do¬ tychczas znanych ukladach falowników szerego¬ wo-równoleglych z rezonansowym obwodem ko¬ mutacji pradu w celu regulacji lub stabilizacji napiecia wyjsciowego stosowane byly regulatory napiecia stalego zasilajacego falownik, lub stero¬ wane prostowniki pradu zwrotnego, które odda¬ waly energie pradu stalego z powrotem do zródla napiecia zasilajacego falownik. Rozwiazanie pier¬ wsze posiada zasadniczy mankament, a mianowi¬ cie kompensacja mocy biernej indukcyjnej odbior¬ ników przylaczonych do wyjscia falownika przy pomocy kondensatorów kompensujacych jest u- trudniona przy niskich napieciach ze wzgledu na malejaca moc tych kondensatorów wraz z kwadra¬ tem napiecia wyjsciowego falownika, co w konse¬ kwencji prowadzi do znacznego obnizenia spraw¬ nosci falownika.Rozwiazanie drugie nadaje sie zasadniczo tylko do stabilizacji najMecia wyjsciowego falownika, natomiast regulacja napiecia w szerokich granicach ta metoda jest niemozliwa.Celem wynalazku jest opracowanie ukladu wspól¬ pracy dwóch falowników szeregowo-równoleglych z rezonansowym obwodem komutacji pradu, jedno lub trójfazowych, który zapewnia mozliwosc regu¬ lacji napiecia wyjsciowego falownika w szerokich granicach bez pogarszania sprawnosci ukladu prze- 10 15 20 25 30 ksztaltnikowego. Uklad zapewnia takze stabilizacje napiecia wyjsciowego przy zmianach wartosci ze¬ wnetrznego obciazenia oraz przy zmianach warto¬ sci napiecia zasilajacego uklad przeksztaltnikowy.Uklad zapewnia takze zwiekszenie pewnosci pracy przeksztaltnika, gdyz w przypadku awarii jednego z falowników drugi falownik pracuje niezaleznie i oddaje do odbiorników polowe mocy zespolu.Cel ten zostal zrealizowany poprzez opracowanie ukladu wspólpracy dwóch falowników szeregowo — równoleglych, z rezonansowym obwodem ko¬ mutacji pradu, jedno lub trójfazowych, w którym wyjscia dwóch falowników szeregowo — równole¬ glych z rezonansowym obwodem komutacji pradu sa polaczone z wejsciami wezla sumowania napiec, w postaci na przyklad szeregowego polaczenia u- zwojen wtórnych transformatorów wyjsciowych tych falowników i jednoczesnie wyjscie pierwsze¬ go falownika polaczone jest z wejsciem ukladu pomiaru napiecia, a wyjscie drugiego z falowników polaczone jest z wejsciem drugiego ukladu pomiaru napiecia, przy czym wyjscia tych ukladów pomia¬ ru napiecia polaczone sa z wejsciami drugiego u- kladu sumowania napiecia w postaci wezla sumu¬ jacego napiecia, którego wyjscie jest polaczone z jednym z wejsc drugiego falownika poprzez wzma¬ cniacz sygnalu uchybu i uklad sterowania tyry¬ storami prostownika pradu zwrotnego tego falow¬ nika, zas wejscie sterujace tego falownika pola¬ czone jest z wyjsciem drugiego ukladu sterowania, / 74 01074 3 którego jedno z wejsc polaczone jest z wyjsciem generatora sterujacego, a drugie wyjscie tego ge¬ neratora polaczone jest z wejsciem sterujacym pierwszego falownika poprzez trzeci uklad stero¬ wania, natomiast drugie z wejsc drugiego ukladu sterowania falownika polaczone jest z wyjsciem drugiego wzmacniacza, którego wejscie polaczone jest z wyjsciem trzeciego wezla sumowania napiec, a wejscia tego wezla sa polaczone z wyjsciem u- kladu zadawania napiecia i wyjsciem trzeciego u- kladu pomiaru napiecia, którego wejscie polaczo¬ ne jest z kolei z wyjsciem pierwszego wezla su¬ mowania napiec^Jktóre to wyjscie jest jednoczesnie w^jsc^ejp^ ui^a^u^^^ólpracy dwóch falowników. bmówione rozwiazahie ukladu wspólpracy dwóch falowników umozliwia plynna regulacje napiecia sinusoidalnego podwyzszonej czestotliwosci co w pcjaczetaiu z regulacja czestotliwosci napiecia wyj¬ sciowego umozliwia zastosowanie omówionego wy¬ zej ukladu do regulacji predkosci obrotowej szyb¬ koobrotowych silników elektrycznych; uklady wspólpracy falowników moga znalezc zastosowanie do zasilania zakladowych sieci napiecia podwyz¬ szonej czestotliwosci, cyklokonwertorów, pieców indukcyjnych i tym podobnych odbiorników ene¬ rgii elektrycznej podwyzszonej czestotliwosci przy czym cechuja sie bardzo dobrymi parametrami elektrycznymi.Wynalazek przedstawiony zostal na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy ukla¬ du wspólpracy dwóch falowników szeregowo — równoleglych z rezonansowym obwodem komutacji pradu, fig. 2 — schemat ideowy ukladu jednofazo¬ wego falownika szeregowo — równoleglego z re¬ zonansowym obwodem komutacji pradu, fig. 3 — schemat ideowy trójfazowego ukladu falownika szeregowo — równoleglego z rezonansowym obwo¬ dem komutacji pradu. Na fig. 1 wyjscia dwóch falowników 1, 2 szeregowo — równoleglych z re¬ zonansowym obwodem komutacji pradu jedno lub trójfazowych polaczone sa z dwoma wejsciami we¬ zla 3 sumowania napiec, w postaci na przyklad szeregowego polaczenia uzwojen wtórnych trans¬ formatorów wyjsciowych falowników i jednocze¬ snie wyjscie pierwszego falownika 1 polaczone jest z wejsciem ukladu 4 pomiaru napiecia, a wyjscie drugiego z falowników polaczone jest z wejsciem drugiego ukladu 5 pomiaru napiecia, przy czym wyjscia tych ukladów pomiaru napiecia polaczone sa z wejsciami drugiego wezla 6 sumowania na¬ piec, którego wyjscie jest polaczone z jednym z wejsc drugiego falownika 2 poprzez wzmacniacz 7 sygnalu uchybu i uklad 8 sterowania tyrystorami prostownika pradu zwrotnego tego falownika, zas wejscie sterujace tego falownika polaczone jest z wyjsciem drugiego ukladu 9 sterowania, którego jedno z wejsc polaczone jest z wyjsciem generato¬ ra 10 sterujacego, a drugie wyjscie tego generato¬ ra polaczone jest z wejsciem sterujacym pierwsze¬ go falownika 1 poprzez trzeci uklad sterujacy 11, natomiast drugie z wejsc drugiego ukladu 9 ste¬ rowania falownika polaczone jest z wyjsciem dru¬ giego wzmacniacza 12, którego wejscie polaczone jest z wyjsciem trzeciego wezla 13 sumowania na¬ piec, a wejscia tego wezla sa polaczone z wyjsciem 960 4 ukladu 14 zadawania napiecia i wyjsciem trzecie¬ go ukladu 15 pomiaru napiecia, którego wejscie po¬ laczone jest z kolei z wyjsciem pierwszego wezla 3 sumowania napiec, które to wyjscie jest jedno- 5 czesnie wyjsciem Wy ukladu wspólpracy, dwóch falowników. Na fig. 2 uklad jednofazowego falow¬ nika tyrystorowego — szeregowo —równoleglego z rezonansowym obwodem komutacji pradu zawiera polaczone równolegle dwie galezie mostka falow- io nika, polaczone ze zródlem napiecia stalego Uz a kazda z tych galezi zawiera dwa tyrystory polaczo¬ ne ze soba poprzez dlawik rezonansowy Dlrl i Dlr2, przy czym anoda tyrystora Tyl pierwszej galezi i anoda tyrystora Ty3 drugiej galezi, polaczone sa 15 z dodatnim biegunem zródla napiecia Uz, zas ka¬ toda drugiego tyrystora Ty2 pierwszej galezi i ka¬ toda drugiego tyrystora Ty4 drugiej galezi, pola¬ czone sa z ujemnym biegunem zródla napiecia, na¬ tomiast dlawik Dlrl pierwszej galezi oraz dlawik 20 D*r2 drugiej galezi polaczone sa ze soba swoimi odczepami poprzez dwa szeregowo polaczone kon¬ densatory Cs i Cr, przy czym równolegle do jed¬ nego z tych kondensatorów polaczone jest pier¬ wotne uzwojenie transformatora TR wyjsciowego 25 falownika, natomiast pierwsze uzwojenie wtórne tego transformatora polaczone jest z wejsciem przemiennopradowym pelnookresowego, sterowa¬ nego prostownika PB2, a drugie uzwojenie wtórne polaczone jest z wejsciem przemiennopradowym so pelnookresowego, niesterowanego prostownika PR1, przy czym ujemne bieguny wyjsciowe tych prosto¬ wników polaczone sa z ujemnym biegunem zród¬ la napiecia Uz, zas z dodatnim biegunem zródla tego napiecia polaczony jest dodatni biegun pro- S5 stownika niesterowanego oraz dodatni biegun pro¬ stownika sterowanego poprzez dlawik filtrujacy Dlf, a wyjscie Wy tego falownika stanowia kon¬ cówki trzeciego uzwojenia wtórnego transformato¬ ra TR zbocznikowanego kondensatorem Ck. 40 Na fig. 3 uklad trójfazowego falownika szerego¬ wo — równoleglego z rezonansowym obwodem ko¬ mutacji pradu, zawiera równolegle polaczone trzy galezie mostka falownika, polaczone ze zródlem napiecia stalego Uz, a kazda z tych galezi zawie- 45 ra dwa tyrystory polaczone ze soba poprzez dlawik rezonansowy, przy czym jeden z tyrystorów kazdej z tych galezi polaczony jest swoja anoda z dodat¬ nim biegunem zródla napiecia zasilajacego Uz, a drugi z tyrystorów tych galezi polaczony jest swo- 50 ja katoda z ujemnym biegunem zródla napiecia zasilajacego, natomiast dlawik rezonansowy Dlrl pierwszej galezi polaczony jest poprzez kondensa¬ tor Csl z jedna z koncówek pierwotnego uzwojenia pierwszego transformatora TRI, natomiast dlawik 55 Dlr2 drugiej galezi polaczony jest poprzez drugi kondensator Cs2 z jedna z koncówek pierwotnego uzwojenia drugiego transformatora TR2, a dlawik Dlr3 trzeciej galezi polaczony jest poprzez trzeci kondensator Cs3 z jedna z koncówek pierwotnego 6o uzwojenia trzeciego transformatora TR3, przy czym pozostale koncówki wszystkich uzwojen pierwo¬ tnych transformatorów sa zwarte, a kazde z tych uzwojen jest zbocznikowane kondensatorem, nato¬ miast pierwszy komplet uzwojen wtórnych, po jed- 65 nym uzwojeniu kazdego transformatora, polaczo-nm nych w konfiguracji gwiazdowej, jest polaczony z wejsciem przemiennopradowym sterowanego pel- nookresowego prostownika PR2, a drugi komplet uzwojen wtórnych tych transformatorów jest po¬ laczony takze w konfiguracji gwiazdowej i jest po¬ laczony z wejsciem przemiennopradowym nieste- rowanego pelnookresowego prostownika PR1, przy czym ujemne bieguny tych prostowników — wyj¬ sciowe — polaczone sa z ujemnym biegunem zró¬ dla napiecia Uz, zas z dodatnim biegunem tego zródla napiecia polaczony jest dodatni biegun wyj¬ sciowy prostownika niesterowanego oraz dodatni biegun wyjsciowy prostownika sterowanego poprzez dlawik filtracyjny Dlf, a wyjscie Wy tego falow¬ nika stanowia koncówki trzeciego kompletu uzwo¬ jen wtórnych tych transformatorów, polaczonych w uklad trójkata, przy czym kazda z par koncó¬ wek wyjsciowych jest zbocznikowana kondensato¬ rem.Uklad wspólpracy dwóch falowników szeregowo równoleglych jedno lub trójfazowych 1, 2 przed¬ stawiony na fig. 1 dziala nastepujaco; sinusoidalne napiecia wyjsciowe falowników 1 i 2 o tych sa¬ mych wartosciach skutecznych sumowane sa w wezle sumujacym 3 przy czym, w kazdej chwili czasu napiecie wyjsciowe tego wezla jest równe sumie algebraicznej napiec wejsciowych i jest po¬ dawane na wyjscie ukladu Wy. Uzyskane na wyj¬ sciu wezla 3 napiecie sumaryczne ma równiez przebieg sinusoidalny i jego wartosc skuteczna za¬ wiera sie pomiedzy zerem a podwójna wartoscia skuteczna napiec wyjsciowych falowników 1 i 2.Aby napiecie wyjsciowe mialo przebieg sinusoi¬ dalny amplitudy napiec wyjsciowych obu falowni¬ ków musza byc jednakowe i w tym celu zastoso¬ wany zostal uklad, który zapewnia, ze amplituda napiecia wyjsciowego falownika 2 jest zawsze rów¬ na amplitudzie napiecia wyjsciowego falownika 1, w tym celu uklad pomiaru napiecia wyjsciowego 4 falownika 1 daje na wyjsciu napiecie stale o wartosci proporcjonalnej do amplitudy napiecia wyjsciowego falownika 1, i napiecie wyjsciowe te¬ go ukladu jest podawane do jednego z wejsc wezla sumowania napiec 6, a do drugiego wejscia tego wezla doprowadzone jest w przeciwfazie napiecie stale o wartosci proporcjonalnej do amplitudy na¬ piecia wyjsciowego falownika 2, które uzyskiwane jest w ukladzie pomiaru napiecia 5, a uzyskana w tym wezle róznica tych napiec jest wzmacniana we wzmacniaczu 7 sygnalu uchybu i nastepnie po¬ dawana jest na wejscie ukladu sterujacego 8 tyry¬ storami prostownika pradu zwrotnego falownika 2 tak, aby w kazdej chwili czasu uzyskac równosc amplitud napiec wyjsciowych obu falowników.Regulacja, wzglednie stabilizacja napiecia wyj¬ sciowego obu ukladu dokonywana jest nastepuja¬ co: napiecie z wyjscia ukladu Wy podawane jest na wejscie ukladu pomiaru napiecia 15 na wyjsciu którego uzyskiwane jest napiecie stale o wartosci proporcjonalnej do wartosci skutecznej napiecia wyjsciowego ukladu, uzyskane napiecie z ukladu 15 podawane jest nastepnie na jedno z wejsc we¬ zla sumujacego napiecia 13, a na drugie wejscie tego wezla podawane jest w przeciwfazie napiecie stale o wartosci proporcjonalnej do zadanej war¬ tosci skutecznej napiecia wyjsciowego ukladu, któ¬ re uzyskiwane jest w ukladzie zadawania napiecia 14, róznica tych napiec uzyskiwana na wyjsciu wezla 13 steruje wejscie wzmacniacza sygnalu u- 5 chybu 12; nastepnie wzmocniony sygnal uchybu steruje jednym z wejsc ukladu sterujacego 9 tyry¬ storami falownika 2, natomiast do drugiego wej¬ scia ukladu sterujacego 9 oraz do wejscia ukladu 11, który steruje tyrystorami falownika 1 podawa- 10 ne sa sygnaly sterujace z generatora sterujacego 10, który zadaje czestotliwosc wytwarzanego napie¬ cia sinusoidalnego przez uklad falowników, przy czym faza napiecia wyjsciowego falownika 1 jest stala, natomiast faza napiecia wyjsciowego falow- 15 nika 2 zalezy od napiecia uzyskiwanego na wyj¬ sciu wzmacniacza sygnalu uchybu 12 tak, aby al¬ gebraiczna suma napiec wyjsciowych obu falowni¬ ków uzyskiwana na wyjsciu wezla sumujacego 3 posiadala zadana wartosc. 2Q Jednofazowy uklad tyrystorowego falownika sze- regowo-równoleglego z rezonansowym obwodem komutacji pradu przedstawiony na fig. 2 dziala na¬ stepujaco: napiecie zasilajace U» podawane jest na przekatna mostka falownika, przy czym biegun 95 dodatni tego napiecia polaczony jest z anodami tyrystorów Tyl i Ty3 a ujemny biegun tego na¬ piecia z katodami tyrystorów Ty2 i Ty4; jedno¬ czesne wysterowanie tyrystorów Tyl i Ty4 powo¬ duje przeplyw pradu w obwodzie tyrystor Tyl, w dlawik Dtrl, kondensator Cs, kondensator Cr i równolegle z nim polaczone uzwojenie pierwo¬ tne transformatora TR, dlawik Dlr2, tyrystor Ty4.Obwód ten ma charakter rezonansowy i prad w nim plynacy ma ksztalt pólfali sinusoidy, Z chwi- 85 la, gdy prad w omawianym obwodzie spadnie do zera, tyrystory Tyl i Ty4 przechodza samoczynnie ze stanu przewodzenia do stanu zablokowania i na¬ stepnie moga zostac wlaczone tyrystory Ty2 i Ty3 i powtarzany jest pólcykl przeplywu pradu. Trans¬ formator TR posiada trzy uzwojenia wtórne.Pierwsze uzwojenie zbocznikowane kondensato¬ rem Ck kompensujacym moc bierna indukcyjna zewnetrznych odbiorników polaczony jest z wyj¬ sciem falownika Wy. Drugie uzwojenie polaczone jest z niesterowanym prostownikiem PR1, który podtrzymuje prawidlowa prace falownika w sta¬ nach przejsciowych. Trzecie uzwojenie transfor¬ matora TR polaczone jest ze sterowanym prosto¬ wnikiem pradu zwrotnego PR2, który sluzy do sta¬ bilizacji napiecia wyjsciowego falownika. Uklad trójfazowego szeregowo — równoleglego falowni¬ ka z rezonansowymi obwodami komutacji pradu przedstawiony na fig. 3 dziala nastepujaco: tyry¬ story mostka falownika Tyl + TyS dzialaja ko¬ lejno przewodzac prad przez 120 st. el. a komuta¬ cja pradu odbywa sie co 60 st. el. Pozostale ele¬ menty spelniaja te sama role i dzialaja analogicz¬ nie jak elementy ukladu falownika jednofazowe¬ go. 40 50 55 60 PL PL