RU166814U1 - HIGH VOLTAGE FREQUENCY CONVERTER - Google Patents

HIGH VOLTAGE FREQUENCY CONVERTER Download PDF

Info

Publication number
RU166814U1
RU166814U1 RU2015157428/07U RU2015157428U RU166814U1 RU 166814 U1 RU166814 U1 RU 166814U1 RU 2015157428/07 U RU2015157428/07 U RU 2015157428/07U RU 2015157428 U RU2015157428 U RU 2015157428U RU 166814 U1 RU166814 U1 RU 166814U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
voltage
phase
frequency converter
control
pos
Prior art date
Application number
RU2015157428/07U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Ильич Вишневский
Павел Юрьевич Бахарев
Вадим Леонидович Саевич
Олег Геннадьевич Иванов
Иван Иванович Иванчин
Павел Владимирович Митюков
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ЭКРА"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ЭКРА" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ЭКРА"
Priority to RU2015157428/07U priority Critical patent/RU166814U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU166814U1 publication Critical patent/RU166814U1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/22Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M5/275Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/297Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal for conversion of frequency
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters

Abstract

1. Высоковольтный преобразователь частоты, содержащий трехфазный многообмоточный трансформатор и многоуровневый инвертор напряжения, размещенные в шкафах с системой воздушного охлаждения, многоуровневый инвертор содержит модуль управления, последовательно соединенные силовые блоки с трехфазными полууправляемыми выпрямителями, однофазными инверторами напряжения и формирует трехфазное напряжение с действующим значением до 10 кВ с высоким гармоническим качеством на статорные обмотки синхронных и асинхронных электродвигателей номинальным напряжением 10 кВ для регулирования скорости по векторному закону управления, отличающийся тем, что трехфазный многообмоточный трансформатор выполнен на напряжения 6/0,71 кВ или 10/0,71 кВ и формирует трехфазное напряжение переменной частоты в диапазоне от 0 до 120 Гц.2. Высоковольтный преобразователь частоты по п. 1, отличающийся тем, что количество 15 или 27 силовых блоков с выпрямителями и однофазными инверторами напряжения выбирается в зависимости от напряжения 6 или 10 кВ с общей пульсностью выпрямления преобразователя 30 или 54 соответственно.3. Высоковольтный преобразователь частоты по п. 1, отличающийся тем, что трехфазный многообмоточный трансформатор содержит собранный сердечник с тремя параллельно соединенными первичными обмотками, а его вторичные обмотки выполнены на выходное напряжение 0.71 кВ с пространственными фазовыми сдвигами относительно друг друга на 12 электрических градусов или 6,67 электрических градуса в зависимости от напряжения 6 или 10 кВ соответственно.4. Высоковольтный преобразователь частоты по п. 1, отличающийся тем, что модуль управления выполнен с алгоритмом для работы со1. A high-voltage frequency converter containing a three-phase multi-winding transformer and a multi-level voltage inverter located in cabinets with an air cooling system, the multi-level inverter contains a control module, power units connected in series with three-phase semi-controlled rectifiers, single-phase voltage inverters and generates a three-phase voltage with an effective value of up to 10 kV with high harmonic quality on the stator windings of synchronous and asynchronous nomi motors 10 kV voltage regulating voltage according to the vector control law, characterized in that the three-phase multi-winding transformer is made at 6 / 0.71 kV or 10 / 0.71 kV and generates a three-phase voltage of variable frequency in the range from 0 to 120 Hz. 2 . The high-voltage frequency converter according to claim 1, characterized in that the number of 15 or 27 power units with rectifiers and single-phase voltage inverters is selected depending on the voltage of 6 or 10 kV with a common pulse rectification of the converter 30 or 54, respectively. 3. The high-voltage frequency converter according to claim 1, characterized in that the three-phase multi-winding transformer comprises an assembled core with three primary windings connected in parallel, and its secondary windings are made at an output voltage of 0.71 kV with spatial phase shifts of 12 electrical degrees or 6.67 relative to each other electrical degrees depending on the voltage of 6 or 10 kV, respectively. 4. The high-voltage frequency converter according to claim 1, characterized in that the control module is made with an algorithm for working with

Description

ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫHIGH VOLTAGE FREQUENCY CONVERTER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ.FIELD OF TECHNOLOGY.

Полезная модель относится к области электротехники, в частности, к автоматизированным электроприводам и преобразовательной технике, и предназначена для преобразования входного переменного напряжения 6 кВ и 10 кВ промышленной частоты 50 Гц в переменное напряжение с частотой от 0 до 120 Гц и величиной от 0 до 6 кВ и от 0 до 10 кВ, необходимое для регулирования частоты вращения асинхронных и синхронных электродвигателей (ЭД) переменного тока по векторному и скалярному законам управления.The utility model relates to the field of electrical engineering, in particular, to automated electric drives and converting equipment, and is intended to convert an input AC voltage of 6 kV and 10 kV of industrial frequency 50 Hz to alternating voltage with a frequency of 0 to 120 Hz and a value of 0 to 6 kV and from 0 to 10 kV, necessary for regulating the speed of asynchronous and synchronous electric motors (ED) of alternating current according to the vector and scalar control laws.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ.BACKGROUND OF THE INVENTION

Из уровня техники известен высоковольтный преобразователь частоты (ЧРП) (RU 144730 U1, дата публикации 29.07.2014, патентообладатели ОАО «АК Транснефть», ООО «Балтнефтепровод», ООО «НИИ ТНН»), принятый в качестве ближайшего аналога, содержащий исполнительный механизм, электродвигатель, трансформатор и высоковольтный преобразователь частоты. Высоковольтный преобразователь частоты напряжением 10 кВ, мощностью 2500 кВт включает в себя многообмоточный трансформатор и многоуровневый инвертор напряжения, причем высоковольтный преобразователь частоты установлен в блок-контейнере и содержит четыре шкафа: шкаф многообмоточного трансформатора, два шкафа многоуровневого инвертора напряжения и шкаф тормозных резисторов.The prior art high-voltage frequency converter (VFD) (RU 144730 U1, publication date 07/29/2014, patent holders of AK Transneft, Baltnefteprovod LLC, NII TNN LLC), adopted as the closest analogue, containing an actuator, electric motor, transformer and high voltage frequency converter. A high-voltage frequency converter with a voltage of 10 kV and a power of 2500 kW includes a multi-winding transformer and a multi-level voltage inverter, and the high-voltage frequency converter is installed in a block container and contains four cabinets: a multi-winding transformer cabinet, two multi-level voltage inverter cabinets and a braking resistor cabinet.

Недостатком ближайшего аналога является невозможность работы с электродвигателями переменного тока напряжением 6 кВ и с частотой регулирования выходного напряжения до 120 Гц, отсутствие равномерного распределения по фазам потребляемого тока из сети. Недостатки обусловлены отсутствием исполнения трехфазного многообмоточного трансформатора, содержащего собранный сердечник с тремя параллельно соединенными первичными обмотками и с вторичными обмотки, выполненными на выходное напряжение 0.71 кВ с пространственными фазовыми сдвигами друг относительно друга на 12 электрических градусов, и отсутствием модуля управления с формирователем скалярного широтно-импульсного модулированного сигнала на 15 и 27 силовых блоков с инверторами напряжения.The disadvantage of the closest analogue is the inability to work with AC electric motors with a voltage of 6 kV and with a frequency of regulation of the output voltage up to 120 Hz, the lack of a uniform distribution of the phases of the consumed current from the network. The disadvantages are due to the lack of a three-phase multi-winding transformer containing an assembled core with three primary windings connected in parallel and with secondary windings made at an output voltage of 0.71 kV with spatial phase shifts of 12 electrical degrees relative to each other, and the absence of a control module with a scalar pulse-width pulse generator modulated signal to 15 and 27 power blocks with voltage inverters.

ТЕХНИЧЕСКИЙ РЕЗУЛЬТАТ.TECHNICAL RESULT.

Технический результат заключается в расширении технических характеристик высоковольтного преобразователя частот по напряжению на 6 кВ и 10 кВ и по диапазону регулируемой выходной частоты от 0 до 120 Гц, необходимые для регулирования скорости асинхронных и синхронных электродвигателей на номинальное напряжение 6 кВ и 10 кВ с возможностью регулирования как по векторному, так и скалярному законам управления с равномерным распределением по фазам потребляемого из сети тока. Технический результат заявляемой полезной модели достигается тем, что в высоковольтном преобразователе частоты, содержащим трехфазный многообмоточный трансформатор и многоуровневый инвертор напряжения, размещенные в шкафах с системой воздушного охлаждения, многоуровневый инвертор содержит модуль управления, последовательно соединенные силовые блоки с трехфазными полууправляемыми выпрямителями, однофазными инверторами напряжения и формирует трехфазное напряжение с действующим значением до 10 кВ с высоким гармоническим качеством на статорные обмотки синхронных и асинхронных электродвигателей номинальным напряжением 10 кВ для регулирования скорости по векторному закону управления, трехфазный многообмоточный трансформатор выполнен, на напряжения 6/0,71 кВ или 10/0,71 кВ, и формирует трехфазное напряжение переменной частоты в диапазоне от 0 до 120 Гц с действующим значением от 0 до 6 кВ или от 0 до 10 кВ. Количество силовых блоков с выпрямителями и однофазными инверторами напряжения 15 или 27 выбирается в зависимости от напряжения 6 или 10 кВ с общей пульсностью выпрямления преобразователя 30 или 54, соответственно. Трехфазный многообмоточный трансформатор содержит собранный сердечник с тремя параллельно соединенными первичными обмотками, а его вторичные обмотки выполнены на выходное напряжение 0.71 кВ с пространственными фазовыми сдвигами друг относительно друга на 12 электрических градусов или 6,67 электрических градуса в зависимости от напряжения 6 или 10 кВ соответственно. Модуль управления выполнен с алгоритмом для работы со скалярным и векторным законами управления, обеспечивает равномерное распределение по фазам потребляемого из сети тока с и может управлять работой до 27 силовых блоков с инверторами напряжения.The technical result consists in expanding the technical characteristics of the high-voltage frequency converter for voltage of 6 kV and 10 kV and for the adjustable output frequency range from 0 to 120 Hz, necessary to control the speed of asynchronous and synchronous motors to a rated voltage of 6 kV and 10 kV with the possibility of regulating how according to vector and scalar control laws with a uniform distribution of the phases of the current consumed from the network. The technical result of the claimed utility model is achieved by the fact that in a high-voltage frequency converter containing a three-phase multi-winding transformer and a multi-level voltage inverter located in cabinets with an air cooling system, the multi-level inverter contains a control module, power units connected in series with three-phase semi-controlled rectifiers, single-phase voltage inverters and generates a three-phase voltage with an effective value of up to 10 kV with high harmonic quality on the stator windings of synchronous and asynchronous motors with a rated voltage of 10 kV for speed control according to the vector control law, a three-phase multi-winding transformer is made for voltage 6 / 0.71 kV or 10 / 0.71 kV, and generates a three-phase voltage of variable frequency in the range from 0 up to 120 Hz with an effective value from 0 to 6 kV or from 0 to 10 kV. The number of power units with rectifiers and single-phase voltage inverters 15 or 27 is selected depending on the voltage of 6 or 10 kV with a total pulse frequency rectification of the converter 30 or 54, respectively. A three-phase multi-winding transformer contains an assembled core with three parallel connected primary windings, and its secondary windings are made at an output voltage of 0.71 kV with spatial phase shifts of 12 electrical degrees or 6.67 electrical degrees relative to each other depending on a voltage of 6 or 10 kV, respectively. The control module is made with an algorithm for working with scalar and vector control laws, provides uniform distribution in phases of the current s consumed from the network, and can control the operation of up to 27 power units with voltage inverters.

СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИESSENCE OF A USEFUL MODEL

Благодаря тому, что в высоковольтном преобразователе частоты трехфазный многообмоточный трансформатор выполнен на напряжения 6/0,71 кВ или 10/0,71 кВ, а модуль управления многоуровневого инвертора формирует трехфазное напряжение переменной частоты в диапазоне от 0 до 120 Гц и с действующим значением от 0 до 6 кВ или от 0 до 10 кВ на статорные обмотки синхронных и асинхронных электродвигателей с номинальным напряжением 6 кВ или 10 кВ достигается технический результат -расширение технических характеристик высоковольтного преобразователя частоты по напряжению на 6 кВ и 10 кВ и по диапазону регулируемой выходной частоты от 0 до 120 Гц, необходимые для регулирования скорости асинхронных и синхронных электродвигателей на номинальное напряжение 6 кВ и 10 кВ.Due to the fact that a three-phase multi-winding transformer in a high-voltage frequency converter is made at 6 / 0.71 kV or 10 / 0.71 kV, and the multi-level inverter control module generates a three-phase voltage of variable frequency in the range from 0 to 120 Hz and with an effective value from 0 to 6 kV or from 0 to 10 kV to the stator windings of synchronous and asynchronous electric motors with a rated voltage of 6 kV or 10 kV, a technical result is achieved — the technical characteristics of the high-voltage frequency converter are expanded by voltage of 6 kV and 10 kV and a range of adjustable output frequencies from 0 to 120 Hz, necessary to control the speed of asynchronous and synchronous motors to a rated voltage of 6 kV and 10 kV.

Количество силовых блоков с выпрямителями и однофазными инверторами напряжения 15 или 27 выбирается в зависимости от напряжения 6 или 10 кВ с общей пульсностью выпрямления преобразователя 30 или 54, соответственно. Трехфазный многообмоточный трансформатор содержит собранный сердечник с тремя параллельно соединенными первичными обмотками, а его вторичные обмотки выполнены на выходное напряжение 0.71 кВ с пространственными фазовыми сдвигами друг относительно друга на 12 электрических градусов или 6,67 электрических градуса в зависимости от напряжения 6 или 10 кВ соответственно. Модуль управления выполнен с алгоритмом для работы со скалярным и векторным законами управления, обеспечивает равномерное распределение по фазам потребляемого из сети тока и может управлять работой 15 и 27 силовых блоков с инверторами напряжения. В заявляемой полезной модели обеспечиваются:The number of power units with rectifiers and single-phase voltage inverters 15 or 27 is selected depending on the voltage of 6 or 10 kV with a total pulse frequency rectification of the converter 30 or 54, respectively. A three-phase multi-winding transformer contains an assembled core with three parallel connected primary windings, and its secondary windings are made at an output voltage of 0.71 kV with spatial phase shifts of 12 electrical degrees or 6.67 electrical degrees relative to each other depending on a voltage of 6 or 10 kV, respectively. The control module is made with an algorithm for working with scalar and vector control laws, provides uniform distribution in phases of the current consumed from the network, and can control the operation of 15 and 27 power units with voltage inverters. In the claimed utility model are provided:

- возможность применения необходимого количества последовательно соединенных однофазных инверторов напряжения с формированием трехфазного напряжения переменной частоты в диапазоне от 0 до 120 Гц и действующим значением от 0 до 6 кВ и от 0 до 10 кВ подаваемого на статорные обмотки синхронных и асинхронных электродвигателей напряжением 6 и 10 кВ;- the ability to use the required number of serially connected single-phase voltage inverters with the formation of a three-phase voltage of variable frequency in the range from 0 to 120 Hz and an effective value from 0 to 6 kV and from 0 to 10 kV supplied to the stator windings of synchronous and asynchronous electric motors of 6 and 10 kV ;

- реализация в высоковольтном преобразователе частоты скалярного и векторного законов управления;- implementation of scalar and vector control laws in a high-voltage frequency converter;

- равномерное распределение по фазам потребляемого из сети тока за счет реализованного алгоритма управления.- uniform distribution in phases of the current consumed from the network due to the implemented control algorithm.

ПРИВОДИМЫЕ ФИГУРЫ.DRIVEN FIGURES.

На фиг. 1а - функциональная схема высоковольтного преобразователя частоты на напряжение 6 кВ; на фиг. 16 - функциональная схема высоковольтного преобразователя частоты на напряжение 10 кВ; на фиг. 2 - распределение по секциям первичных и вторичных обмоток трансформатора на 6 кВ; на фиг. 3 - распределение по секциям первичных и вторичных обмоток трансформатора на 10 кВ; на фиг. 4 - силовая ячейка многоуровневого инвертора напряжения; на фиг. 5 - осциллограммы выходного напряжения и коэффициента искажений синусоидальности кривой напряжения высоковольтного преобразователя частоты; на фиг. 6 - осциллограммы входного тока и коэффициента искажений синусоидальности кривой входного тока высоковольтного преобразователя частоты; на фиг. 7 - векторная диаграмма асинхронного электродвигателя при векторном управлении от высоковольтного преобразователя частоты; на фиг. 8 -структурная схема высоковольтного преобразователя частоты с векторным управлением; на фиг. 9 - функциональная схема блока мультипроцессорного управления; на фиг. 10 - функциональная схема блока формирователя многоуровневого векторного широтно-импульсного модулированного сигнала (ВШИМ).In FIG. 1a is a functional diagram of a high voltage frequency converter for a voltage of 6 kV; in FIG. 16 is a functional diagram of a high voltage frequency converter for a voltage of 10 kV; in FIG. 2 - distribution into sections of the primary and secondary windings of the transformer at 6 kV; in FIG. 3 - distribution of sections of the primary and secondary windings of the transformer at 10 kV; in FIG. 4 - power cell of a multilevel voltage inverter; in FIG. 5 - waveforms of the output voltage and the distortion coefficient of the sinusoidality of the voltage curve of the high-voltage frequency converter; in FIG. 6 - waveforms of the input current and the distortion coefficient of the sinusoidality of the input current curve of the high-voltage frequency converter; in FIG. 7 is a vector diagram of an induction motor with vector control from a high voltage frequency converter; in FIG. 8 is a structural diagram of a high-voltage vector-controlled frequency converter; in FIG. 9 is a functional block diagram of a multiprocessor control unit; in FIG. 10 is a functional block diagram of a shaper of a multi-level vector pulse-width modulated signal (LHWM).

На приводимых фигурах приняты следующие обозначения:The following symbols are used in the figures given:

ПР - предохранители;PR - fuses;

В - блок выпрямителя;B - rectifier block;

Ф - фильтрующий конденсатор;F - filtering capacitor;

У3 - узел сброса энергии;U3 - node discharge energy;

И - инвертор напряжения на IGBT транзисторах.And - a voltage inverter for IGBT transistors.

РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ.DISCLOSURE OF A USEFUL MODEL.

Высоковольтный преобразователь частоты содержит трехфазный многообмоточный трансформатор поз. 4 (фиг. 1,а, 1,б) и многоуровневый инвертор напряжения поз. 5 (фиг. 1,а, 1,б). Трехфазный многообмоточный трансформатор поз. 4 (фиг. 1,а, 1,б) выполнен на напряжения 6/0,71 кВ или 10/0,71 кВ, а многоуровневый инвертор 5 (фиг. 1,а, 1,б) содержит последовательно соединенные силовые блоки поз. 3 (фиг. 1,а, 1,б) с трехфазными полууправляемыми выпрямителями В (фиг. 4), однофазными инверторами напряжения И (фиг. 4) и формирует трехфазное напряжение переменной частоты в диапазоне от 0 до 120 Гц и с действующим значением от 0 до 6 кВ или от 0 до 10 кВ на статорные обмотки синхронных и асинхронных электродвигателей поз. 6 (фиг. 1,а, 1,б) номинальным напряжением 6 кВ или 10 кВ. Количество силовых блоков поз. 3 (фиг. 1,а, 1,б) с выпрямителями В (фиг. 4) и однофазными инверторами напряжения И (фиг. 4) выбирается 15 (фиг. 1,а) или 27 (фиг. 1,б) в зависимости от напряжения 6 или 10 кВ с общей пульсностью выпрямления преобразователя 30 или 54, соответственно.The high-voltage frequency converter contains a three-phase multi-winding transformer pos. 4 (Fig. 1, a, 1, b) and a multi-level voltage inverter pos. 5 (Fig. 1, a, 1, b). Three-phase multi-winding transformer pos. 4 (Fig. 1, a, 1, b) is designed for voltage 6 / 0.71 kV or 10 / 0.71 kV, and the multi-level inverter 5 (Fig. 1, a, 1, b) contains series-connected power blocks pos . 3 (Fig. 1, a, 1, b) with three-phase semi-controlled rectifiers B (Fig. 4), single-phase voltage inverters And (Fig. 4) and generates a three-phase voltage of variable frequency in the range from 0 to 120 Hz and with an effective value from 0 to 6 kV or from 0 to 10 kV to the stator windings of synchronous and asynchronous electric motors, pos. 6 (Fig. 1, a, 1, b) with a rated voltage of 6 kV or 10 kV. The number of power blocks pos. 3 (Fig. 1, a, 1, b) with rectifiers B (Fig. 4) and single-phase voltage inverters AND (Fig. 4), select 15 (Fig. 1, a) or 27 (Fig. 1, b) depending from a voltage of 6 or 10 kV with a total pulse rate of rectification of the converter 30 or 54, respectively.

Трехфазный многообмоточный трансформатор (фиг. 2, 3) содержит собранный сердечник с тремя параллельно соединенными первичными обмотками WcAl, WcA2, WcA3 и WcB1, WcB2, WcB3 и WcC1, WcC2, WcC3, (фиг. 2, 3) (в прототипе одна первичная обмотка), а его вторичные обмотки выполнены на выходное напряжение 0.71 кВ и 15 (поз.a1a, a1b, a1c, … a5a, a5b, a5c, b1a, b1b, b1c, b5a, b5b, b5c, c1a, c1b, c1c, c5a, c5b, c5c, фиг. 2) или 27 (поз. a1a, a1b, a1c, … a9a, a9b, a9c, b1a, b1b, b1c, b9a, b9b, b9c, c1a, c1b, c1c, c9a, c9b, c9c, фиг. 3) раздельных вторичных обмоток, выполненных с пространственными фазовыми сдвигами друг относительно друга на 12 (поз. -24°, -12°, 0°, 132°, 144° фиг. 2) и 6,67 (поз. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 фиг. 3) электрических градуса в зависимости от напряжения 6 или 10 кВ, соответственно. Модуль управления поз. 2 (фиг. 1,а, 1,б) выполнен с алгоритмом для работы со скалярным и векторным законами управления, обеспечивает равномерное распределение по фазам потребляемого из сети тока и может управлять работой 15 и 27 силовых блоков с инверторами напряжения.A three-phase multi-winding transformer (Fig. 2, 3) contains an assembled core with three parallel connected primary windings WcAl, WcA2, WcA3 and WcB1, WcB2, WcB3 and WcC1, WcC2, WcC3, (Fig. 2, 3) (in the prototype one primary winding ), and its secondary windings are made for an output voltage of 0.71 kV and 15 (poses a1a, a1b, a1c, ... a5a, a5b, a5c, b1a, b1b, b1c, b5a, b5b, b5c, c1a, c1b, c1c, c5a, c5b, c5c, Fig. 2) or 27 (pos. a1a, a1b, a1c, ... a9a, a9b, a9c, b1a, b1b, b1c, b9a, b9b, b9c, c1a, c1b, c1c, c9a, c9b, c9c, Fig. 3) separate secondary windings made with spatial phase shifts of 12 (pos. -24 °, -12 °, 0 °, 132 °, 144 ° ph 2) and 6.67 (items 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 of Fig. 3) electrical degrees depending on the voltage of 6 or 10 kV, respectively. Control module pos. 2 (Fig. 1, a, 1, b) is made with an algorithm for working with scalar and vector control laws, provides uniform phase distribution of the current consumed from the network, and can control the operation of 15 and 27 power blocks with voltage inverters.

В отличие от прототипа заявляемый высоковольтный преобразователь частоты может быть выполнен например, на входное и выходное напряжения 6 кВ (фиг. 1,а) или 10 кВ (фиг. 1,б) (в прототипе только 10 кВ) с пульсностью выпрямления 30 или 54 кратной (в прототипе только 54 кратная пульсная схема выпрямления) с равномерным распределением потребляемого тока и с модулем управления поз. 2 (фиг. 1,а, 1,б) способным управлять работой 15 и 27 силовых блоков с инверторами напряжения.In contrast to the prototype, the inventive high-voltage frequency converter can be performed, for example, at the input and output voltages of 6 kV (Fig. 1, a) or 10 kV (Fig. 1, b) (in the prototype only 10 kV) with a rectification pulse rate of 30 or 54 multiple (in the prototype only 54 times the pulse rectification circuit) with a uniform distribution of current consumption and with the control module pos. 2 (Fig. 1, a, 1, b) capable of controlling the operation of 15 and 27 power units with voltage inverters.

Высоковольтный преобразователь частоты на входное напряжение 6 кВ (фиг. 1,а) (в прототипе отсутствует исполнение), 10 кВ (фиг. 1,б) содержит трехфазный многообмоточный трансформатор поз. 4 (фиг. 1,а, 1,б), последовательно соединенные выхода силовых блоков А1-А6 (фиг. 1,а) и А1-А9 (фиг. 1,б) с узлами сброса энергии УЗ (фиг. 4) (в прототипе отсутствует) в фазе U, В1-В6 (фиг. 1,а) и поз. В1-В9 (фиг. 1,б) в фазе V, поз. С1-С6 (фиг. 1,а) и поз. С1-С9 (фиг. 1,б) в фазе W, модуль управления 2 (фиг. 1,а, 1,б) с векторным бездатчиковым и скалярным управлением, интерфейсный модуль поз. 9 (фиг. 1,а, 1,б) с пультом управления поз. 9 (фиг 1,а, 1,б) на базе промышленного компьютера.A high-voltage frequency converter for an input voltage of 6 kV (Fig. 1, a) (there is no design in the prototype), 10 kV (Fig. 1, b) contains a three-phase multi-winding transformer pos. 4 (Fig. 1, a, 1, b), the outputs of the power blocks A1-A6 (Fig. 1, a) and A1-A9 (Fig. 1, b) are connected in series with the energy dumping units of ultrasound (Fig. 4) ( absent in the prototype) in phase U, B1-B6 (Fig. 1, a) and pos. B1-B9 (Fig. 1, b) in phase V, pos. C1-C6 (Fig. 1, a) and pos. C1-C9 (Fig. 1, b) in phase W, control module 2 (Fig. 1, a, 1, b) with vector sensorless and scalar control, interface module pos. 9 (Fig. 1, a, 1, b) with the control panel pos. 9 (Fig 1, a, 1, b) based on an industrial computer.

Трехфазный многообмоточный трансформатор представляет собой трансформатор класса сухой изоляции на напряжения 6/0,71 кВ (фиг. 2), 10/0,71 кВ (фиг. 3) (в прототипе 10/0,69 кВ). В отличие от прототипа он имеет собранный сердечник с тремя параллельно соединенными первичными обмотками поз.WcA1, WcA2, WcA3 и WcB1, WcB2, WcB3 и WcC1, WcC2, WcC3, (фиг. 2, 3) (в прототипе одна первичная обмотка) 15 (поз. a1a, a1b, a1c, … a5a, a5b, a5c, b1a, b1b, b1c, b5a, b5b, b5c, c1a, c1b, c1c, c5a, c5b, c5c, фиг. 2) или 27 (поз. a1a, a1b, a1c, a9a, a9b, a9c, b1a, b1b, b1c, … b9a, b9b, b9c, c1a, c1b, c1c, c9a, c9b, c9c, фиг. 3) раздельных вторичных обмоток, выполненных с пространственными фазовыми сдвигами друг относительно друга на 12 электрических градусов (-24°, -12°, 0°, 132°, 144° фиг. 2) и 6,67 электрических градусов (поз. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 фиг. 3) в зависимости от напряжения 6 или 10 кВ, соответственно (в прототипе 27 аксиально-раздельных вторичных обмоток). Трансформатор выполняет преобразование напряжения сети в систему трехфазных напряжений для питания силовых блоков.Three-phase multi-winding transformer is a transformer of dry insulation class for voltage 6 / 0.71 kV (Fig. 2), 10 / 0.71 kV (Fig. 3) (in the prototype 10 / 0.69 kV). Unlike the prototype, it has an assembled core with three parallel connected primary windings pos.WcA1, WcA2, WcA3 and WcB1, WcB2, WcB3 and WcC1, WcC2, WcC3, (Fig. 2, 3) (in the prototype one primary winding) 15 ( pos. a1a, a1b, a1c, ... a5a, a5b, a5c, b1a, b1b, b1c, b5a, b5b, b5c, c1a, c1b, c1c, c5a, c5b, c5c, Fig. 2) or 27 (pos. a1a, a1b, a1c, a9a, a9b, a9c, b1a, b1b, b1c, ... b9a, b9b, b9c, c1a, c1b, c1c, c9a, c9b, c9c, Fig. 3) separate secondary windings made with spatial phase shifts relative to each other each other at 12 electrical degrees (-24 °, -12 °, 0 °, 132 °, 144 ° Fig. 2) and 6.67 electrical degrees (pos. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 , 9 of Fig. 3) depending the voltage of 10 kV or 6, respectively (in the prototype 27 axially separate secondary windings). The transformer converts the mains voltage into a three-phase voltage system to power the power units.

Инвертор напряжения поз. 5 (фиг. 1,а, 1,б) состоит из:Voltage inverter pos. 5 (Fig. 1, a, 1, b) consists of:

- последовательно соединенных силовых блоков поз. 3 (фиг. 1,а, 1,б) в количестве 15 для 6 кВ (поз. А1-А5, В1-В5, С1-С5 фиг. 1,а) и 27 для 10 кВ (поз. А1-А9, В1-В9, С1-С9 на фиг. 1,б) последовательно соединенных однофазных инверторов напряжения И (фиг. 4) с узлом сброса энергии УЗ (фиг. 4) в каждом силовом блоке;- series-connected power blocks pos. 3 (Fig. 1, a, 1, b) in the amount of 15 for 6 kV (pos. A1-A5, B1-B5, C1-C5 Fig. 1, a) and 27 for 10 kV (pos. A1-A9, B1-B9, C1-C9 in Fig. 1, b) of a series-connected single-phase voltage inverters And (Fig. 4) with an ultrasonic energy reset unit (Fig. 4) in each power unit;

- модуля управления поз. 2 (фиг. 1,а, 1,б);- control module pos. 2 (Fig. 1, a, 1, b);

- интерфейсного модуля поз. 9 (фиг. 1,а, 1,б) с пультом управления поз. 10 (фиг 1,а).- interface module pos. 9 (Fig. 1, a, 1, b) with the control panel pos. 10 (Fig. 1, a).

Силовые блоки поз. 3 (фиг. 1,а, 1,б) высоковольтного преобразователя частоты запитаны от вторичных обмоток трехфазного многообмоточного трансформатора поз. 4 (фиг. 1,а, 1,б) трехфазным переменным напряжением 710 В (в прототипе 690 В) и состоят из диднотиристорного выпрямителя В (фиг. 4), фильтрующих полипропиленовых конденсаторов Ф (фиг. 4) (в прототипе пленочные конденсаторы), а также узла сброса энергии на IGBT транзисторах УЗ (фиг. 4), однофазного инвертора напряжения И (фиг. 4) (в прототипе отсутствует узел сброса энергии на IGBT транзисторах).Power blocks pos. 3 (Fig. 1, a, 1, b) of a high-voltage frequency converter are powered from the secondary windings of a three-phase multi-winding transformer pos. 4 (Fig. 1, a, 1, b) with a three-phase alternating voltage of 710 V (in the prototype 690 V) and consist of a thyristor rectifier B (Fig. 4), filtering polypropylene capacitors F (Fig. 4) (in the prototype film capacitors) , as well as a node for power dumping on IGBT transistors UZ (Fig. 4), a single-phase voltage inverter And (Fig. 4) (in the prototype there is no node for power dumping on IGBT transistors).

Для получения трехфазного переменного напряжения в диапазоне от 0 до 10 кВ (в прототипе только 10 кВ) или от 0 до 6 кВ и переменной частоты от 0 до 120 Гц (в прототипе отсутствует переменная частота) используются последовательно соединенные силовые блоки поз. 3 (фиг. 1,а. 1,б). Низкий коэффициент пульсаций входного тока обеспечивается 30-пульсной схемой выпрямления для исполнения на 6 кВ, благодаря применению 5 силовых блоков (А1-А5, В1-В5, С1-С5 фиг. 1,а) в каждой фазе U, V, W (фиг 1,а) инвертора напряжения, или 54-пульсной схемой выпрямления для исполнения 10 кВ, благодаря применению 9 силовых блоков (А1-А9, В1-В9, С1-С9 на фиг. 1,б) в каждой фазе инвертора напряжения U, V, W (фиг 1,а). Силовые блоки инвертора напряжения управляются по принципу векторной широтно-импульсной модуляции - ВШИМ (в прототипе широтно-импульсная модуляция ШИМ) с равномерным распределением токовой нагрузки в силовых блоках (эта функция отсутствует в прототипе). Перенапряжения в звене постоянного тока исключаются благодаря сбросу дополнительной энергии в резисторы за счет применения узла сброса энергии УЗ (фиг. 4) на IGBT транзисторах (эта функция отсутствует в прототипе). Группы силовых блоков соединяются по схеме "звезда", с плавающей нейтралью. Силовой блок поз. 3 (фиг. 1,а. 1,б) многоуровневого инвертора напряжения является законченным функциональным узлом с реализацией защит от:To obtain a three-phase alternating voltage in the range from 0 to 10 kV (in the prototype only 10 kV) or from 0 to 6 kV and a variable frequency from 0 to 120 Hz (there is no variable frequency in the prototype), series-connected power units pos. 3 (Fig. 1, a. 1, b). A low ripple coefficient of the input current is provided by a 30-pulse rectification circuit for 6 kV version, thanks to the use of 5 power units (A1-A5, B1-B5, C1-C5 Fig. 1, a) in each phase U, V, W (Fig. 1a) of a voltage inverter, or a 54-pulse rectification circuit for 10 kV design, due to the use of 9 power units (A1-A9, B1-B9, C1-C9 in Fig. 1, b) in each phase of the voltage inverter U, V , W (Fig. 1, a). The power blocks of the voltage inverter are controlled by the principle of vector pulse-width modulation - LHWM (in the prototype pulse-width modulated PWM) with a uniform distribution of the current load in power blocks (this function is not in the prototype). Overvoltages in the DC link are eliminated due to the discharge of additional energy into the resistors due to the use of the ultrasonic energy reset unit (Fig. 4) on IGBT transistors (this function is not in the prototype). Groups of power blocks are connected according to the "star" scheme, with floating neutral. Power block pos. 3 (Fig. 1, a. 1, b) of a multi-level voltage inverter is a complete functional unit with the implementation of protection against:

- коротких замыканий;- short circuits;

- неисправности драйвера управления транзистора;- malfunctions of the transistor control driver;

- перегрева IGBT модуля;- overheating of the IGBT module;

- неисправности цепей питания транзистора (в прототипе отсутствует защита);- malfunctions of the transistor power circuits (in the prototype there is no protection);

- повышения напряжения в звене постоянного тока;- increase the voltage in the DC link;

- понижения напряжения в звене постоянного тока;- lowering the voltage in the DC link;

- обрыва фазы на входе ячейки многоуровневого инвертора напряжения;- phase failure at the input of the cell of a multilevel voltage inverter;

- ошибки синхронизации управления тиристоров (в прототипе отсутствует защита).- thyristor control synchronization errors (there is no protection in the prototype).

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ РАБОТЫ.IMPLEMENTATION OF WORK.

Взаимодействие между модулем управления поз. 2 (фиг. 1,а, 1,б) и силовыми блоками поз. 3 (фиг. 1,а, 1,б) происходит посредством интерфейсного блока связи поз. 1 (фиг. 9) модуля управления. Управляющие сигналы включают в себя коммутационную функцию, разрешение работы тиристоров и IGBT модулей, а также сброс внутренних защит и разрешение сброса энергии звена постоянного тока силового блока в тормозные резисторы. Силовые блоки поз. 3 (фиг. 1,а, 1,б) получают переменное трехфазное напряжение питания величиной 710 В от изолированных вторичных обмоток многообмоточного трансформатора поз. 4 (фиг. 1,а, 1,б). Таким образом, все силовые блоки А1-А6 (фиг. 1,а) и А1-А9 (фиг. 1,б), В1-В6 (фиг. 1,а) и В1-В9 (фиг. 1,б), С1-С6 (фиг. 1,а) и С1-С9 (фиг. 1,б) высоковольтного преобразователя частоты изолированы друг от друга и могут работать независимо. Использование независимых 15 вторичных обмоток (поз. a1a, a1b, a1c, a5a, a5b, a5c, b1a, b1b, b1c, b5a, b5b, b5c, c1a, c1b, c1c, c5a, c5b, c5c, фиг. 2) и 27 вторичных обмоток (поз. a1a, a1b, a1c, a9a, a9b, a9c, b1a, b1b, b1c, b9a, b9b, b9c, c1a, c1b, c1c, c9a, c9b, c9c, фиг. 3) позволяет организовать сдвиг фаз между вторичными обмотками, который используется для уменьшения гармонических искажений в форме потребляемого из сети тока.Interaction between the control module pos. 2 (Fig. 1, a, 1, b) and power blocks pos. 3 (Fig. 1, a, 1, b) occurs through the communication interface unit pos. 1 (Fig. 9) of the control module. The control signals include a switching function, the resolution of the thyristors and IGBT modules, as well as the reset of internal protections and the resolution of the energy reset of the DC link of the power unit to the braking resistors. Power blocks pos. 3 (Fig. 1, a, 1, b) receive an alternating three-phase supply voltage of 710 V from the isolated secondary windings of a multi-winding transformer pos. 4 (Fig. 1, a, 1, b). Thus, all the power blocks A1-A6 (Fig. 1, a) and A1-A9 (Fig. 1, b), B1-B6 (Fig. 1, a) and B1-B9 (Fig. 1, b), C1-C6 (Fig. 1, a) and C1-C9 (Fig. 1, b) of the high-voltage frequency converter are isolated from each other and can operate independently. Using independent 15 secondary windings (pos. A1a, a1b, a1c, a5a, a5b, a5c, b1a, b1b, b1c, b5a, b5b, b5c, c1a, c1b, c1c, c5a, c5b, c5c, Fig. 2) and 27 secondary windings (pos. a1a, a1b, a1c, a9a, a9b, a9c, b1a, b1b, b1c, b9a, b9b, b9c, c1a, c1b, c1c, c9a, c9b, c9c, Fig. 3) allows you to organize the phase shift between secondary windings, which is used to reduce harmonic distortion in the form of current drawn from the network.

Для уменьшения динамического броска тока при заряде конденсаторов Ф (фиг. 4) всех силовых блоков организован плавный заряд этих конденсаторов. Заряд производится плавным увеличением угла отпирания тиристора одной из фаз полууправляемого выпрямителя В (фиг. 4) силового блока. По окончании этапа заряда проверяется уровень напряжения на конденсаторе фильтра Ф (фиг. 4). Если конденсатор фильтра Ф (фиг. 4) заряжен, то разрешается управление всеми тиристорами выпрямителя В (фиг. 4), в противном случае формируется сигнал ошибки заряда и снимается управление с тиристора.To reduce the dynamic inrush current when charging capacitors Ф (Fig. 4) of all power blocks, a smooth charge of these capacitors is organized. The charge is produced by a smooth increase in the thyristor opening angle of one of the phases of the semi-controlled rectifier B (Fig. 4) of the power unit. At the end of the charge stage, the voltage level on the filter capacitor F is checked (Fig. 4). If the filter capacitor F (Fig. 4) is charged, then all thyristors of rectifier B are allowed to control (Fig. 4), otherwise, a charge error signal is generated and control is removed from the thyristor.

РАБОТА ПРЕДЛОЖЕННОГО УСТРОЙСТВА.WORK OF THE OFFERED DEVICE.

Модуль управления 2 (фиг. 1,а, 1,б) организован в виде мультипроцессорной системы управления высоковольтного преобразователя частоты напряжением 6 или 10 кВ (фиг. 9) с интеллектуальными микропроцессорными блоками и состоит из:The control module 2 (Fig. 1, a, 1, b) is organized as a multiprocessor control system for a high-voltage frequency converter with a voltage of 6 or 10 kV (Fig. 9) with intelligent microprocessor units and consists of:

- интерфейсных блоков связи поз. 1 (фиг. 9)с силовыми блоками;- interface communication units pos. 1 (Fig. 9) with power units;

- интерфейсных блоков связи поз. 2 (фиг. 9) с входными/выходными датчиками тока,- interface communication units pos. 2 (Fig. 9) with input / output current sensors,

- блока вычислителя на базе DSP процессора, интерфейсного ARM микропроцессора и шинного интерфейсного модуля на основе PLD матрицы поз. 3 (фиг. 9), для организации BLVDS шины поз. 5 (фиг. 9) и CAN канала поз. 4 (фиг. 9);- a calculator unit based on a DSP processor, an ARM interface microprocessor, and a bus interface module based on a PLD matrix pos. 3 (Fig. 9), for organizing BLVDS bus pos. 5 (Fig. 9) and CAN channel pos. 4 (Fig. 9);

- интерфейсного модуля поз. 6 (фиг. 9) для организации связи с АСУТП и панелью оператора;- interface module pos. 6 (Fig. 9) for organizing communication with the process control system and the operator panel;

- блоков аналогового поз. 8 (фиг. 9) и дискретного поз. 7 (фиг. 9) ввода/вывода. Модуль управления обеспечивает параллельную работу обработки информации обратной связи и распределения управления, а также анализ и конфигурирование способа управления на основе распределенных вычислений.- blocks of analog poses. 8 (Fig. 9) and discrete pos. 7 (Fig. 9) input / output. The control module provides parallel operation of the feedback information processing and control distribution, as well as the analysis and configuration of the control method based on distributed computing.

Обработка информации обратной связи в модуле управления поз. 2 (фиг. 1,а) обеспечивается через интерфейсный блок связи поз. 2 (фиг. 9) с независимыми датчиками входного и выходного тока, входного и выходного напряжения, температуры поз. 8 (фиг. 1,а).Processing feedback information in the control module pos. 2 (Fig. 1, a) is provided through the communication interface unit pos. 2 (Fig. 9) with independent sensors for input and output current, input and output voltage, temperature pos. 8 (Fig. 1, a).

Управление силовым блоком 3 (фиг. 1,а, 1,б) многоуровневого инвертора напряжения 6 кВ и 10 кВ обеспечивается интерфейсным блоком связи поз. 1 (фиг. 9) модуля управления поз. 2 (фиг. 1,а, 1,б), включает в себя обмен коммутационной функцией и сигналами команд и состояний. Команды обеспечивают управление тиристорами В (фиг. 4), транзисторами И (фиг. 4), узлом сброса УЗ (фиг. 4) и режимом работы. Состояния включают в себя: контроль драйвера, контроль уровня напряжения, контроль входного напряжения, контроль температуры IGBT, модуля управления, контроль целостности линии интерфейса связи.Management of the power unit 3 (Fig. 1, a, 1, b) of the multilevel voltage inverter 6 kV and 10 kV is provided by the communication interface unit pos. 1 (Fig. 9) of the control module pos. 2 (Fig. 1, a, 1, b), includes the exchange of the switching function and the signals of commands and states. The commands provide control of thyristors B (Fig. 4), transistors And (Fig. 4), a reset node for ultrasound (Fig. 4) and the operating mode. The states include: driver control, voltage level control, input voltage control, IGBT temperature control, control module, integrity of the communication interface line.

Модуль управления выполняет функции управления скоростью вращения электродвигателя, а также специальные режимы управления (такие как переход на питающую сеть, подхват преобразователем частоты электродвигателя, работающего от сети, и подхват преобразователем частоты электродвигателя вращающегося на выбеге) и функции аварийного регистратора, обеспечивает набор защит по входу и выходу:The control module performs the functions of controlling the speed of rotation of the electric motor, as well as special control modes (such as switching to the mains, picking up the frequency of the electric motor running on the mains, and picking up the frequency converter of the coastal motor) and the functions of the emergency recorder, provides a set of input protection and exit:

- от коротких замыканий и тока перегрузки;- from short circuits and overload current;

- от перенапряжений;- from overvoltage;

- повышения и понижения силового напряжения;- increase and decrease in power voltage;

- от недопустимого снижения или исчезновения питающего и оперативного напряжения;- from unacceptable decrease or disappearance of supply and operational voltage;

- контроль фаз питающей сети;- control of phases of a power line;

- контроль фаз на выходе высоковольтного преобразователя частоты;- phase control at the output of the high-voltage frequency converter;

- от перегрева преобразовательных модулей и трансформатора;- from overheating of the converter modules and transformer;

- от пробоя полупроводниковых силовых ключей;- from breakdown of semiconductor power switches;

- от отказа системы охлаждения;- from failure of the cooling system;

- от потери возбуждения при работе с синхронным электродвигателем при наличии сигнализации системы возбуждения;- from loss of excitation when working with a synchronous electric motor in the presence of an alarm system excitation;

- от нарушения связи в цепях управления;- from communication failure in control circuits;

- от неисправности в системе питания цепей управления;- from a malfunction in the power supply system of the control circuits;

- от стопорения вала электродвигателя;- from locking the motor shaft;

- внешняя неисправность (отдельный вход) (например, защита по отклонению регулируемого давления).- external fault (separate input) (for example, protection against deviation of the controlled pressure).

В высоковольтном преобразователе частоты используется векторное и скалярное управление асинхронными и синхронными электродвигателями. Использование векторного управления обеспечивает создание системы с эффективным использованием электродвигателя по мощности и с минимальными пульсациями электромагнитного момента электродвигателя. Основными компонентами векторного управления (фиг. 8) являются следующие блоки:The high-voltage frequency converter uses vector and scalar control of asynchronous and synchronous motors. The use of vector control ensures the creation of a system with efficient use of the electric motor in terms of power and with minimal pulsations of the electromagnetic moment of the electric motor. The main components of vector control (Fig. 8) are the following blocks:

1. Наблюдатель Н (фиг. 8) на скользящих режимах, который используется для определения вектора потокосцепления ротора и скорости вращения ротора электродвигателя, адаптации к изменению постоянной времени ротора.1. Observer N (Fig. 8) in sliding modes, which is used to determine the rotor flux linkage vector and the rotor speed of the electric motor rotor, adapt to changing the rotor time constant.

2. Регуляторов токов РТ (фиг. 8).2. Current regulators RT (Fig. 8).

3. Регулятора потока намагничивания поз. РН (фиг. 8) асинхронного электродвигателя.3. Magnetization flow regulator pos. PH (Fig. 8) of an induction motor.

4. Регулятор отклонения РО (фиг. 8) результирующего вектора потока ротора относительно оси X вращающейся системы координат.4. The deviation regulator PO (Fig. 8) of the resulting rotor flux vector relative to the X axis of the rotating coordinate system.

5. Регулятор скорости вращения ротора электродвигателя PC (фиг. 8).5. The speed controller of the rotor of the electric motor PC (Fig. 8).

6. Задатчик интенсивности ЗИ (фиг. 8) для формирования траектории скорости ротора электродвигателя.6. ZI intensity adjuster (Fig. 8) for forming the trajectory of the rotor speed of the electric motor.

Алгоритм векторного управления строится на вычисление угла ϑs поворота вектора ротора путем интегрирования синхронной частоты вращения ωs. Параметры системы управления рассчитываются в системе координат (ху), которая вращается с синхронной скоростью относительно стационарных координат (ab), и ориентирована относительно вектора потока ротора

Figure 00000002
(фиг. 7). Синхронная частота вращения определяется суммой электрической угловой скорости вращения ротора ωs=ω+ωr, полученной на выходе скользящего наблюдателя, и частоты скольжения ωr. Частота скольжения получена из условия раздельного управления потока ротора и электромагнитного момента ωr=isyLm/(TrΨrm). Контур задания частоты скольжения является разомкнутым контуром при формировании угла поворота вектора потока ротора и зависит от постоянной времени ротора Tr. Адаптация к изменяющейся во времени постоянной времени ротора повышает чувствительность электропривода на изменяющуюся нагрузку. Контур управления электромагнитным моментом состоит из контуров регулирования составляющей потокосцепления ротора по оси Y
Figure 00000003
и контура тока isy.The vector control algorithm is based on the calculation of the angle of rotation ϑ s of the rotor vector by integrating the synchronous speed ω s . The parameters of the control system are calculated in the coordinate system (xy), which rotates with synchronous speed relative to the stationary coordinates (ab), and is oriented relative to the rotor flux vector
Figure 00000002
(Fig. 7). The synchronous rotation frequency is determined by the sum of the electric angular velocity of the rotor ω s = ω + ω r obtained at the output of the moving observer and the sliding frequency ω r. The slip frequency is obtained from the condition of separate control of the rotor flux and the electromagnetic moment ω r = i sy L m / (T r Ψ rm ). The slip frequency reference loop is an open loop when forming the angle of rotation of the rotor flow vector and depends on the rotor time constant T r. Adaptation to the time-varying time constant of the rotor increases the sensitivity of the electric drive to the changing load. The control loop of the electromagnetic moment consists of control loops of the rotor flux linkage component along the Y axis
Figure 00000003
and current loop i sy .

Канал управления модуля потоком ротора

Figure 00000004
строится двухконтурным с внутренним контуром управления по току намагничивания
Figure 00000005
и с внешним по модулю потокосцепления ротора
Figure 00000006
(фиг. 8). Канал управления угловой скоростью ротора содержит два контура управления - внутренние по току статора
Figure 00000007
и контур потока ротора
Figure 00000008
и внешний по угловой скорости ротора ω. Контур по регулированию составляющей потока ротора
Figure 00000008
предназначен для компенсации динамической ошибки в функции углаRotor Flow Control Channel
Figure 00000004
built with a dual-circuit with an internal magnetization current control loop
Figure 00000005
and with the rotor flux linkage external
Figure 00000006
(Fig. 8). The rotor angular velocity control channel contains two control loops - internal stator current
Figure 00000007
and rotor flow path
Figure 00000008
and external in the angular velocity of the rotor ω. Rotor flow control circuit
Figure 00000008
designed to compensate for dynamic errors in the angle function

9 между вектором потокосцепления ротора и осью X вращающейся системы координат с синхронной частотой вращения (в прототипе отсутствует контур компенсации динамической ошибки по углу).9 between the rotor flux linkage vector and the X axis of the rotating coordinate system with a synchronous rotation frequency (in the prototype there is no loop for dynamic error compensation in the angle).

Формирование вектора выходного напряжения от 0 до 6 кВ и от 0 до 10 кВ высоковольтного преобразователя частоты в диапазоне выходной частоты от 0 до 120 Гц осуществляется с помощью коммутационной функции, полученной из ВШИМ сигнала. Принцип формирования показан на фиг. 10. На первом этапе сигнал задания на модулирование корректируется в соответствии с напряжением в звене постоянного тока. Для этого служит блок коррекции БК (фиг. 10). Полученный сигнал модулируется с помощью опорного пилообразного сигнала с учетом числа силовых ячеек в фазе инвертора. Это происходит в блоке модуляции БМ (фиг. 8). В блоке распределения БР (фиг. 8) происходит вычисление коммутационной функции для силового блока. На этом этапе учитывается равномерное потребление тока в силовых блоках отдельной фазы. Вследствие этого достигается улучшение гармонического качества потребляемого из сети тока (фиг. 6), равномерно распределяются статические и динамические потери в силовых блоках и обеспечивается выходное напряжение с высоким гармоническим качеством (фиг. 5).The vector of the output voltage from 0 to 6 kV and from 0 to 10 kV of the high-voltage frequency converter in the output frequency range from 0 to 120 Hz is generated using the switching function obtained from the LUT signal. The principle of formation is shown in FIG. 10. At the first stage, the modulation reference signal is corrected in accordance with the voltage in the DC link. For this, the BC correction unit (Fig. 10) serves. The received signal is modulated using a reference sawtooth signal taking into account the number of power cells in the inverter phase. This occurs in the modulation unit BM (Fig. 8). In the distribution block BR (Fig. 8), the calculation of the switching function for the power unit. At this stage, the uniform current consumption in the power units of an individual phase is taken into account. As a result of this, an improvement in the harmonic quality of the current consumed from the network is achieved (Fig. 6), the static and dynamic losses in the power units are evenly distributed, and an output voltage with high harmonic quality is provided (Fig. 5).

Claims (4)

1. Высоковольтный преобразователь частоты, содержащий трехфазный многообмоточный трансформатор и многоуровневый инвертор напряжения, размещенные в шкафах с системой воздушного охлаждения, многоуровневый инвертор содержит модуль управления, последовательно соединенные силовые блоки с трехфазными полууправляемыми выпрямителями, однофазными инверторами напряжения и формирует трехфазное напряжение с действующим значением до 10 кВ с высоким гармоническим качеством на статорные обмотки синхронных и асинхронных электродвигателей номинальным напряжением 10 кВ для регулирования скорости по векторному закону управления, отличающийся тем, что трехфазный многообмоточный трансформатор выполнен на напряжения 6/0,71 кВ или 10/0,71 кВ и формирует трехфазное напряжение переменной частоты в диапазоне от 0 до 120 Гц.1. A high-voltage frequency converter containing a three-phase multi-winding transformer and a multi-level voltage inverter located in cabinets with an air cooling system, the multi-level inverter contains a control module, power units connected in series with three-phase semi-controlled rectifiers, single-phase voltage inverters and generates a three-phase voltage with an effective value of up to 10 kV with high harmonic quality on the stator windings of synchronous and asynchronous nomi motors cial voltage of 10 kV for controlling the vector control law speed, characterized in that the three-phase transformer formed on multiwinding voltage 6/10 or 0.71 kV / 0.71 kV and generates three-phase voltage of variable frequency in the range from 0 to 120 Hz. 2. Высоковольтный преобразователь частоты по п. 1, отличающийся тем, что количество 15 или 27 силовых блоков с выпрямителями и однофазными инверторами напряжения выбирается в зависимости от напряжения 6 или 10 кВ с общей пульсностью выпрямления преобразователя 30 или 54 соответственно.2. The high-voltage frequency converter according to claim 1, characterized in that the number of 15 or 27 power units with rectifiers and single-phase voltage inverters is selected depending on the voltage of 6 or 10 kV with a common pulse rectification of the converter 30 or 54, respectively. 3. Высоковольтный преобразователь частоты по п. 1, отличающийся тем, что трехфазный многообмоточный трансформатор содержит собранный сердечник с тремя параллельно соединенными первичными обмотками, а его вторичные обмотки выполнены на выходное напряжение 0.71 кВ с пространственными фазовыми сдвигами относительно друг друга на 12 электрических градусов или 6,67 электрических градуса в зависимости от напряжения 6 или 10 кВ соответственно.3. The high-voltage frequency converter according to claim 1, characterized in that the three-phase multi-winding transformer contains an assembled core with three primary windings connected in parallel, and its secondary windings are made at an output voltage of 0.71 kV with spatial phase shifts of 12 electrical degrees or 6 relative to each other , 67 electrical degrees depending on the voltage of 6 or 10 kV, respectively. 4. Высоковольтный преобразователь частоты по п. 1, отличающийся тем, что модуль управления выполнен с алгоритмом для работы со скалярным и векторным законами управления, обеспечивает равномерное распределение по фазам потребляемого из сети тока, может управлять работой до 27 силовых блоков с инверторами напряжения.
Figure 00000001
4. The high-voltage frequency converter according to claim 1, characterized in that the control module is made with an algorithm for working with scalar and vector control laws, provides uniform distribution in phases of the current consumed from the network, and can control up to 27 power units with voltage inverters.
Figure 00000001
RU2015157428/07U 2015-12-31 2015-12-31 HIGH VOLTAGE FREQUENCY CONVERTER RU166814U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015157428/07U RU166814U1 (en) 2015-12-31 2015-12-31 HIGH VOLTAGE FREQUENCY CONVERTER

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015157428/07U RU166814U1 (en) 2015-12-31 2015-12-31 HIGH VOLTAGE FREQUENCY CONVERTER

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015120151/07U Division RU162787U1 (en) 2015-05-27 2015-05-27 HIGH VOLTAGE FREQUENCY CONVERTER

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU166814U1 true RU166814U1 (en) 2016-12-10

Family

ID=57793098

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015157428/07U RU166814U1 (en) 2015-12-31 2015-12-31 HIGH VOLTAGE FREQUENCY CONVERTER

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU166814U1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU194561U1 (en) * 2019-05-24 2019-12-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники", ТУСУР INTELLECTUAL DEPTH PUMP CONTROL SYSTEM FREQUENCY CONVERTER
RU221748U1 (en) * 2023-05-25 2023-11-21 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Combined device for dynamic braking of an asynchronous electric motor by a frequency converter with an uncontrolled rectifier and an autonomous voltage inverter

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU194561U1 (en) * 2019-05-24 2019-12-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники", ТУСУР INTELLECTUAL DEPTH PUMP CONTROL SYSTEM FREQUENCY CONVERTER
RU221748U1 (en) * 2023-05-25 2023-11-21 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Combined device for dynamic braking of an asynchronous electric motor by a frequency converter with an uncontrolled rectifier and an autonomous voltage inverter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2797220B1 (en) Position sensorless open loop control for motor drives with output filter and transformer
EP3309927B1 (en) Dc-link bus balancer
CN111149287B (en) Power conversion device
Razali et al. Performance analysis of three-phase PWM rectifier using direct power control
US8982595B2 (en) T-connected autotransformer-based 40-pulse AC-DC converter for power quality improvement
EP3820039A1 (en) Carrier frequency setting method, motor driving system, and carrier frequency setting device
Jones et al. Electrical variable-speed drives
RU157682U1 (en) HIGH POWER HIGH POWER FREQUENCY CONVERTER WITH ACTIVE RECTIFIERS
RU144730U1 (en) HIGH VOLTAGE FREQUENCY REGULATED ELECTRIC DRIVE
Lamterkati et al. A New DPC for Three-phase PWM rectifier with unity power factor operation
RU166814U1 (en) HIGH VOLTAGE FREQUENCY CONVERTER
Hasan et al. High performance rectifier/multilevel inverter based BLDC motor drive with PI controller
JP6772319B2 (en) Inverter controller
CN110365038B (en) Microgrid inverter and control method and control device thereof
Gaiceanu et al. Regenerative AC drive system with the three-phase induction machine
JP2018130025A (en) Power conversion device, facility equipment, and facility equipment system
Khramshin et al. Methodic of calculation of the non-sinusoidal voltage index within electrical networks with high-voltage frequency convertors
CN105048509A (en) Auxiliary power system with direct-current frequency converter and direct-current variable-frequency motor
Biabani et al. Performance analysis of step up and step down cyclo converter
RU2456742C1 (en) Device for control of ac electric drive
KR101861986B1 (en) Apparatus for controlling inverter
RU2505918C2 (en) High-voltage frequency-controlled electric drive
RU2626009C1 (en) Offsetting electrical power supply system for the electric energy remote consumers
Anuchin et al. Simulation of power converter control system with compensation of harmonic distortion in output voltage waveform
EP4175152A1 (en) Power conversion system