RU2548679C2 - Частотно-токовый электропривод и способ коммутации вентилей в его схеме - Google Patents
Частотно-токовый электропривод и способ коммутации вентилей в его схеме Download PDFInfo
- Publication number
- RU2548679C2 RU2548679C2 RU2013136440/07A RU2013136440A RU2548679C2 RU 2548679 C2 RU2548679 C2 RU 2548679C2 RU 2013136440/07 A RU2013136440/07 A RU 2013136440/07A RU 2013136440 A RU2013136440 A RU 2013136440A RU 2548679 C2 RU2548679 C2 RU 2548679C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- switching
- current
- circuit
- capacitor
- inverter
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
Устройство может быть использовано в системах частотно-токового электропривода в качестве управляемого источника тока, обладающего свойством задавать фазу тока статорных обмоток двигателя изменением угла управления вентилями. Предлагаемая схема выполняется на силовых транзисторных ключах с односторонней проводимостью с подключенным параллельно статорным обмоткам двигателя демпфирующим устройством. Основу устройства составляет полярный конденсатор, участвующий с помощью двух коммутирующих транзисторов в двухэтапном проведении коммутаций фазных токов. Способ коммутации вентилей осуществляют в два этапа, из которых первый начинают подключением с помощью коммутирующих транзисторов демпфирующего конденсатора в параллель к цепи, содержащей силовой транзистор выходящей из работы фазной обмотки асинхронного двигателя, а второй этап продолжают с момента выключения коммутирующих и указанного силового транзисторов, в результате чего получают технический результат - плавное изменение статорных токов при ограниченном уровне коммутационных перенапряжений без необходимости рассеивания избыточной энергии коммутации в разрядном резисторе. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к преобразовательной технике, получающей применение в частотно-регулируемом электроприводе.
Происходящее обновление элементной базы расширяет области применения автономных инверторов (АИ) на запираемых (двухоперационных) тиристорах и транзисторных IGBT и MOSFET-модулях. В системах частотно-токового электропривода с асинхронными двигателями (АД) эта тенденция ставит задачей разработку двухзвенного преобразователя частоты (ПЧ), в котором функции источника тока, вместо традиционного варианта АИТ на однооперационных тиристорах в комплекте с коммутирующими конденсаторами и отсекающими диодами выполняет АИ, выполненный на запираемых вентилях, например, IGBT. Ближайший аналог двухзвенного преобразователя частоты выполнен в виде последовательного соединения первого звена - управляемого выпрямителя, получающего питание от 3-фазной сети и второго звена в виде автономного инвертора, выполненного по 3-фазной мостовой схеме на запираемых вентилях с односторонней проводимостью тока, входами присоединенного к выходным полюсам управляемого выпрямителя, а выходами - к нагрузке в виде статорных обмоток двигателя переменного тока, при наличии демпфирующего устройства, имеющего в своем составе 3-фазный мостовой неуправляемый выпрямитель на диодах, входами присоединенный к статорным обмоткам двигателя и подключенным на выходе полярным конденсатором фильтра, который в предлагаемом решении назван демпфирующим конденсатором (см. Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием. - М.: Изд. «Академия», 2006 г., стр.101, рис.4.11).
Известный способ коммутации вентилей в схемах указанного типа обеспечивает перевод тока нагрузки из одной статорной обмотки электродвигателя переменного тока в другую в результате поочередного включения силовых вентилей в мостовой схеме автономного инвертора в заданные управляющими импульсами промежутки времени длительностью 2π/3 и ограничения возникающих при запирании вентилей коммутационных перенапряжений с помощью полярного конденсатора фильтра.
Существующие варианты исполнения частотно-токовых электроприводов на запираемых вентилях основываются на придании АИН свойств источника тока. Как правило это достигается применением отрицательных обратных связей по выходным токам инвертора, что ведет к усложнению системы электропривода и уменьшению запаса устойчивости. Одним из главных предназначений преобразователя в системах частотно-токового управления служит задание фазы токов статора относительно потокосцеплений ротора АД. Предпочтительным решением данной задачи может оказаться перевод АИН в режим параметрического источника тока, повторяющего известное свойство АИТ задавать фазу выходных токов изменением угла управления вентилей. Практическое решение данной задачи на запираемых вентилях сопряжено с необходимостью плавного проведения коммутаций фазных токов при ограниченном уровне перенапряжений в заданные управляющими импульсами промежутки времени.
Предлагаемая схема предусматривает применение в этих целях специального демпфирующего устройства, в состав которого кроме указанного демпфирующего конденсатора и неуправляемого выпрямителя на диодах введены два коммутирующих транзистора, каждый из которых соединяет в проводящем направлении один из полюсов неуправляемого выпрямителя с одним из входов автономного инвертора. Предлагаемый способ коммутации вентилей в этой схеме реализуется в два этапа, из которых первый начинается подключением заряженного во время предыдущей коммутации демпфирующего конденсатора с помощью коммутирующих транзисторов ко входам автономного инвертора. Результатом служит кратковременное уведение тока нагрузки из цепи работающих силовых вентилей инвертора в цепь частично разряжающегося демпфирующего конденсатора. Второй этап коммутации начинается с запирания коммутирующих транзисторов и обесточенного на первом этапе силового вентиля выходящей из работы статорной обмотки, что приводит к повторному заряду демпфирующего конденсатора под воздействием уменьшающегося до нуля тока этой обмотки с одновременным плавным вытеснением тока нагрузки под воздействием заряжающегося конденсатора в цепь очередного силового вентиля вступающей в работу обмотки статора.
Получаемый от применения данного решения технический результат состоит: 1) в упрощении системы частотно-токового управления электроприводом выполнением инвертора тока на запираемых вентилях. Это выражается в замене традиционных элементов коммутации тиристоров в схеме АИТ в виде нескольких неполярных конденсаторов и отсекающих диодов общим для всех вентилей демпфирующим устройством на основе полярного демпфирующего конденсатора с меньшими массогабаритными и стоимостными показателями и двух коммутирующих транзисторов, имеющих, в связи с кратковременностью действия, меньшую по сравнению с силовыми вентилями установленную мощность; 2) в плавном проведении коммутаций фазных токов инвертора, что необходимо для ограничения коммутационных перенапряжений, сопровождающих запирание силовых вентилей на приемлемом достаточно низком уровне; 3) в устранении накапливания заряда на обкладках полярного конденсатора фильтра без необходимости рассеивания избыточной энергии коммутации в разрядном резисторе. Этот эффект объясняется чередованием заряда и разряда этого конденсатора на каждом интервале коммутации, приводящим к двухстороннему обмену энергией между указанным конденсатором и индуктивными элементами контура коммутации.
На фиг.1 изображена предлагаемая схема частотно-токового электропривода, работу которой поясняют полученные компьютерным моделированием осциллограммы на фиг.2. Для сравнения на фиг. 3, а, б приведены осциллограммы напряжений и токов на выходе других известных преобразователей частоты.
Предлагаемый частотно-токовый электропривод фиг.1 содержит последовательно соединенные первое звено в виде управляемого выпрямителя 1, получающего питание от 3-фазной сети, и присоединенное к его полюсам посредством сглаживающего дросселя 2 второе звено в виде автономного инвертора 3, выполненного по 3-фазной мостовой схеме на транзисторных ключах (v1, v2, … v6) с односторонней проводимостью тока, выходами подключенный к статорным обмоткам 3-фазного двигателя переменного тока 4. В параллель к статорным обмоткам подключено так же демпфирующее устройство, имеющее в своем составе неуправляемый мостовой выпрямитель на диодах 5 с подключенным на выходе полярным демпфирующим конденсатором 6. Присоединение полюсов неуправляемого выпрямителя ко входам автономного инвертора осуществляется в проводящем направлении с помощью коммутирующих транзисторов 7 и 8.
Из схемы на фиг.1 следует, что решение поставленной задачи потребовало перемещения традиционных для АИН элементов в виде обратных диодов и полярного конденсатора Сф из звена постоянного тока в параллельно подключенное к статорным обмоткам транзисторно-конденсаторное демпфирующее устройство. Указанное изменение конфигурации двухзвенного ПЧ не приводит к прерыванию реактивных токов в обмотках двигателя, а потому, с точки зрения защиты от коммутационных перенапряжений, является адекватной мерой. Введение в схему дополнительных коммутирующих транзисторов v7, v8 делает возможным проведение каждой коммутации в схеме инвертора в два этапа. Полученные компьютерным моделированием осциллограммы фиг.2 иллюстрируют пуск инвертора (v1, v2, … v6) при нулевых начальных значениях напряжения и тока конденсатора 6 на активно-индуктивную нагрузку при длительности проводящего состояния каждого ключа λ=2π/3. Видно, что появившееся превышение напряжения конденсатора над амплитудой сетевого напряжения приводит к тому, что диоды выпрямительного моста 5 на межкоммутационных интервалах оказываются запертыми, в связи с чем уровень напряжения конденсатора Uсф после окончания переходного процесса пуска сохраняется постоянным. Устранение известного эффекта накапливания заряда на обкладках полярного конденсатора в схеме с диодами происходит благодаря чередованию частичного разряда и заряда на каждом интервале коммутации. Для этого проведение каждой коммутации с помощью демпфирующего конденсатора 6 осуществляется в два этапа. Замыкание ключей v7, v8 на первом этапе приводит к согласному подключению конденсатора в параллель к находящимся в работе двум статорным обмоткам двигателя. При постоянстве тока нагрузки Id=const это приведет к уведению тока выходящей из работы фазы (ia) в цепь конденсатора по цепи с транзисторами v7, v8, что будет сопровождаться частичным разрядом последнего и уменьшением тока, выходящего из работы силового ключа v1. Последующее выключение v7, v8, v1 при уменьшенной (примерно вдвое) величине тока силового вентиля v1 способствует уменьшению коммутационных потерь мощности и повышению перегрузочной способности инвертора. Как видно из диаграмм фиг.2, коммутация завершается повторным зарядом конденсатора под воздействием снижающегося до нуля тока выходящей из работы фазы a (ia→0). Так же, как это происходит в классической схеме АИТ с отсекающими диодами, встречное напряжение конденсатора на втором этапе способствует плавному вытеснению тока нагрузки Id в цепь вступающей в работу фазы б с очередным ключом v3 (ib→Id). Можно видеть, что результатом служит плавный принудительный перевод тока нагрузки из одной статорной обмотки в другую без необходимости рассеивания избыточной энергии коммутации в разрядном сопротивлении. В соответствии с представленным на фиг.2 алгоритмом подачи управляющих импульсов, коммутации тока в других статорных обмотках двигателя происходят аналогично. Для сравнения на фиг.3 представлены диаграммы фазных напряжений и токов в известных схемах АИН (фиг.3, а) и АИТ с отсекающими диодами (фиг.3, б). Видно, что в отличие от предложенного варианта фиг.1, применение АИН не удовлетворяет требованиям частотно-токовых систем, так как не устраняет фазового угла нагрузки. В то время, как применение АИТ на однооперационных тиристорах во многих случаях считается более затратным и морально устаревшим.
Claims (2)
1. Частотно-токовый электропривод на основе двухзвенного преобразователя частоты, первым звеном которого служит подключенный к питающей сети управляемый выпрямитель, а вторым звеном - присоединенный своими двумя входами посредством сглаживающего дросселя к полюсам управляемого выпрямителя автономный инвертор тока, причем последний выполнен по 3-фазной мостовой схеме на силовых запираемых вентилях с односторонней проводимостью тока, к зажимам переменного тока которого в параллель подключены статорные обмотки электродвигателя переменного тока и входные зажимы неуправляемого мостового выпрямителя, между полюсами которого включен полярный демпфирующий конденсатор, отличающийся тем, что каждый из полюсов неуправляемого выпрямителя соединен с одним из входов автономного инвертора тока посредством включенного в проводящем направлении коммутирующего транзистора.
2. Способ коммутации вентилей в схеме частотно-токового электропривода, обеспечивающий перевод тока нагрузки из одной статорной обмотки электродвигателя в другую в результате поочередного включения силовых вентилей в мостовой схеме автономного инвертора тока в заданные управляющими импульсами промежутки времени длительностью 2π/3 и ограничения возникающих при этом коммутационных перенапряжений с помощью полярного демпфирующего конденсатора, отличающийся тем, что указанный перевод тока осуществляют в два этапа, из которых первый начинается подключением заряженного во время предыдущей коммутации демпфирующего конденсатора с помощью коммутирующих транзисторов ко входам автономного инвертора тока, приводящим к уведению тока нагрузки из цепи работающих силовых вентилей инвертора в цепь частично разряжающегося демпфирующего конденсатора с последующим на втором этапе запиранием коммутирующих транзисторов и частично обесточенного силового вентиля выходящей из работы статорной обмотки, приводящим к повторному заряду демпфирующего конденсатора под воздействием уменьшающегося до нуля тока этой обмотки с одновременным плавным вытеснением тока нагрузки под воздействием заряжающегося демпфирующего конденсатора в цепь очередного силового вентиля со вступающей в работу статорной обмоткой электродвигателя.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013136440/07A RU2548679C2 (ru) | 2013-08-02 | 2013-08-02 | Частотно-токовый электропривод и способ коммутации вентилей в его схеме |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013136440/07A RU2548679C2 (ru) | 2013-08-02 | 2013-08-02 | Частотно-токовый электропривод и способ коммутации вентилей в его схеме |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013136440A RU2013136440A (ru) | 2015-02-10 |
RU2548679C2 true RU2548679C2 (ru) | 2015-04-20 |
Family
ID=53281745
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013136440/07A RU2548679C2 (ru) | 2013-08-02 | 2013-08-02 | Частотно-токовый электропривод и способ коммутации вентилей в его схеме |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2548679C2 (ru) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US562128A (en) * | 1896-06-16 | Lathe for pointing miners | ||
RU2345474C1 (ru) * | 2007-10-01 | 2009-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Магнит" | Способ управления преобразователем частоты |
RU105095U1 (ru) * | 2010-12-24 | 2011-05-27 | Открытое акционерное общество "Электровыпрямитель" | Устройство для управления асинхронным двигателем |
-
2013
- 2013-08-02 RU RU2013136440/07A patent/RU2548679C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US562128A (en) * | 1896-06-16 | Lathe for pointing miners | ||
RU2345474C1 (ru) * | 2007-10-01 | 2009-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Магнит" | Способ управления преобразователем частоты |
RU105095U1 (ru) * | 2010-12-24 | 2011-05-27 | Открытое акционерное общество "Электровыпрямитель" | Устройство для управления асинхронным двигателем |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013136440A (ru) | 2015-02-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2833537A2 (en) | Multilevel converter system | |
KR101791288B1 (ko) | 멀티 레벨 인버터 | |
CN107873119B (zh) | 具有交流输出的多电平中压功率转换设备 | |
EP2611023A1 (en) | Inverter device and solar grid-connected photovoltaic system using same | |
KR101457569B1 (ko) | 정류 회로 및 그것을 이용한 모터 구동 장치 | |
KR20090126993A (ko) | 전력회생이 가능한 멀티레벨 컨버터용 모듈 및 이를 이용한멀티레벨 컨버터 | |
EP2940846B1 (en) | A method of initiating a regenerative converter and a regenerative converter | |
JP2013055753A (ja) | マルチレベル電力変換器 | |
WO2016126937A1 (en) | Highly reliable and compact universal power converter | |
RU2596218C1 (ru) | Пускорегулирующее устройство для асинхронного двигателя | |
US5504410A (en) | Switching circuit | |
CN104995831B (zh) | 用于软启动电机和其它应用的ac到ac转换器及其操作方法 | |
RU2373625C1 (ru) | Многозонный регулятор переменного напряжения | |
CN111800011A (zh) | 功率转换装置及电源装置 | |
RU2548679C2 (ru) | Частотно-токовый электропривод и способ коммутации вентилей в его схеме | |
EP2936672B1 (en) | Bridge leg | |
RU2334349C1 (ru) | Высоковольтный электропривод переменного тока (его варианты) | |
CN108604877B (zh) | 链式链路转换器的子模块 | |
EP2953257A1 (en) | 3-level npc converter with inner igbt and outer mosfet switches for voltage balancing | |
RU2368937C1 (ru) | Регулятор переменного напряжения | |
JP6836933B2 (ja) | 整流装置、電源装置、電動機装置及び空調装置 | |
RU69353U1 (ru) | Высоковольтный преобразователь частоты | |
RU2461115C1 (ru) | Двухзвенный преобразователь частоты на запираемых вентилях | |
RU2407141C1 (ru) | Частотный электропривод | |
JP5811806B2 (ja) | マルチレベル電力変換器 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150803 |