SU663042A1 - Преобразователь частоты с рекуперацией энергии в сеть - Google Patents

Description

I

Изобретение относитс  к области силовой полупроводниковой преобразовательной техники и может быть использовано в системах частотного регулировани  скорости асинхронных электродвигателей (АД)

Известны, статические преобразователи частоты с рекуперацией энергии в сеть при генераторном режиме работы электромашинной нагрузки 1, 2, 3, 4.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению  вл етс  преобразователь частоты (ПЧ) с рекуперацией энергии в сеть, который содержит , как и предлагаемый ПЧ, независимый инвертор, подключенный своим входом по посто нному току к управл емому выпр мителю , а выходом - к группе обратных вентилей, дополнительный ведомый сетью инвертор , соединенный с группой обратных вентилей и подключенный к питающей сети. Независимый инвертор выполнен по схеме инвертора напр жен и  (НИН). ПЧ содержит также блок управлени , включающий в себ  систему управлени  выпр мителем, систему управлени  независимым инвертором и систему управлени  ведомым инвертором Л. I. Рекупераци  энергии в сеть

осуществл етс  через группу обратных вентилей и дополнительный ведомый инвертор. Напр жени  Ц и обоих промежуточных контурах посто нного тока поддерживаютс  примерно равными как в двигательном

так и в генераторном режимах работы нагрузки . Изменение выходного напр жени  ПЧ осуществл етс  одновременным согласованным изменением углов а и fi управлени  тиристорами входного выпр мител  и дополнительного ведомого инвертора. Дл  этого в блоке регулировани  ПЧ включены датчики обратных св зей по напр жени м Uj и и Выходы датчиков подключены к управл ющим входам суммирующего магнитного усилител , выход которого соединен со

входом блока управлени  ведомым инвертором 4.

Недостатком известного ПЧ  вл етс  больша  установленна  мощность оборудовани . Это св зано с тем, что в двигательном и генераторном режимах работы силовой ток нагрузки протекает по разным контурам . Так, в двигательном режиме активна  мощность передаетс  из сети в нагрузку через входной выпр митель и независимый инвертор, а в генераторном режиме активна  мощность от электрической машины возвращаетс  в сеть через группу обратных вентилей и дополнительный ведомый сетью инвертор. В результате чего все силовое оборудование известного ПЧ практически выбираетс  по номинальному току нагрузки . Необходимость согласованного изменени  углов а и /) управлени  тиристорами входного выпр мител  и дополнительного ведомого инвертора усложн ет блок управлени  известного ПЧ. Цель изобретени  - упростить преобразователь и уменьщить установленную мощность его оборудовани . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в предлагаемом преобразователе в качестве независимого инвертора применен инвертор тока, а система управлени  ведомым инвер эром выполненна  автономной, подключена своим входом к источнику посто нного задающего сигнала и детерминирует угол опережени  включени  вентилей ведомого инвертора из услови  вступлени  его в работу при максимальном напр жении основной гармоники на выходе, независимого инвертора. На фиг. 1 изображена схема одного из вариантов преобразовател  частоты; на фиг. 2, а, б, в, г, д, е - диаграммы токов и напр жений на отдельных элементах ПЧ в процессе ком.мутации. Входной трехфазный мостовой полностью управл емый выпр митель на тиристорах 1-6 подключен своим входом по пере.менному току к питающей сети переменно1-о liaпр жени  посто нной частоты. Общие катоды тиристоров 1, 2, 3 соединены через дроссель 7 фильтра, обладающий больщой индуктивностью, с общими анодами основных тиристоров 8, 9, 10 независимого ийвертора тока с междуфазовой коммутацией. Общие катоды трех других основных тиристоров 11, 12, 13 инвертора соединены с общими анодами тиристоров 4, 5, 6 входного выпр мител . Независимый инвертор тока содержит щесть батарей коммутирующих конденсаторов , включенных соответственно между основными тиристорами , 11 -13 и отсекаюнлими диодами , 23 Г 25. К выходным зажимам инвертора подключена трехфазна  электромагпинна  нагрузка переменного тока. Дл  повышени  коммутационной устойчивости инвертора при пуске и работе в области низких частот и напр жений к щести зажимам коммутирующих конденсаторов 14 -19, общим анодам тиристоров 8-10 и общим катодам тиристоров И -13 подключены выходы устройства 29 подзар да коммутирующих конденсаторов , вход которого подключен к питающей сети переменного напр жени . Дл  осуп ествлени  работы независимого инвертора тока на электроманшнную нагрузку преобразователь частоты содержит блок управлени  30, состо щий из системы управлегп   входным выпр мителем с диапазоном фазово -о управлени  180 эл. град. 31, системы yпpaF лeни  иезависимрлм инвертором 32, блока 33 обратной св зи по напр жению или ЭДС электромашины, элемента сравнени  34, усилител  35, блока задани  36. Блок управлени  обеспечивает двигательный и генераторный режимы работы нагрузки е рекуперацией энергии в сеть путем перевода входного выпр мител  на тиристорах -;-6 в режим инвертора, ведомого сетью, а независимого инвертора - в режим компенсированного выпр мител . Дл  синхронизации работы системы 3 с напр жением сети используетс  лини  св зи 37. Дополнительный неуправл емый выпр митель на вентил х , вход которого по перемепному току подключен к выходным зажимам незасисимого инвертора тока, а выход - к Конденсатору 44, дроссель 45 и ведомый инвертор на тиристорах 4б-;-51, выходом подключенный через трехфазный согласующий трансформатор 52 к питающей сети переменного напр жени  используютс  только дл  ограничени  перенапр жений на элементах преобразовател  и на нагрузке . Управление ведо.мым nHBepTOporvi осуществл етс  с помош,ью автономной системы управлени  53. Вход, системы управлени  53 соединен с источником посто нного задающего сигнала 54. Лини  св зи 55 ocyniecTвл ет синхронизацию работы системы 53 с напр жение.м сети. Рассмотрим работу схемы преобразовател  частоты в интервале ком.;утации основного тиристора независимого инвертора тока . Предположим, что до момента tg (фиг. 2) начала коммутации были включены ос ювные тиристоры 8 и 13 инвертора. Ток Tlgg (фиг. 2, а) нагрузки протекает по цепи соедин ющей питающую сеть переменного напр жени , один из тиристоров 1-тГ-З ВХОл ного выпр мител , дроссель 7, тиристор 8 независимого инвертора, отсекающ.ий диод 20, фазу 26 нагрузки, фазу 28 нагрузки, отсекающий диод 25, тиристор 13 независимого инвертора, один из тиристоров 4--6 входного В э1пр мител , гпггающую сеть переменного напр жени . Ток 1.541.1б (ф|г. 2, е через коммутирующие конденсаторы равен нулю (момент времени t-j). Напр жени  1.Ц4 (фиг. 2,6) на коммутирующем конденсаторе 14 имеет пол рность плюс на катоде тиристора 8, минус на катоде тиристора 9. Выходное напр жение U (фиг. 2, д) независимого 11ивертра тока в первом приближении может быть представлено в виде двух составл ющих: синусоида.тьного напр жени  основной частоты и коммутационных выбросов , амплитуда которых может в несколько раз превышать амплитуду синусоидального напр жени  основной частоты. С г омоп|ью автономной системы 53 управлени  устройством ограничени  перенапр жений и задающего источника 54 фазовые углы импульсов управлени , поступаюш,их на тиристоры заданы такой величины , чтобы ток через неуправл емые вентили во внекоммутационные интервалы рабочего периода независимого инвертора не протекал.как в двигательном, так и в генераторном режимах работы электромашинной нагрузки 264-28.

Предположим далее, что коммутаци  осуществл етс  в анодной группе тиристоров независимого инвертора.

Допустим, что за врем  коммутации ток в дросселе 7 фильтра не измен етс  по своей величине, а тиристоры выключаютс  мгновенно .

Тогда в момент времени t2 включают тиристор 9, а тиристор 8 выключают. На отсекающий диод 21 поступило обратное напр жение и он закрываетс . После выключени  тиристора 8 неизменный по величине ток протекает по .цепи: питающа  сеть переменного напр жени , один из тиристоров входного выпр мител , дроссель 7, тиристор 9, батаре  коммутирующих конденсаторов 14-f-16, отсекающий диод 20, фаза

26нагрузки, фаза 28 нагрузки, отсекающий диод 25, тиристор 13 независимого инвертора , один из тиристоров входного выпр мител , питающа  сеть переменного напр жени . Идет процесс перезар да батареи коммутирующих конденсаторов носто нны.м по величине током З. is 16

Ijs, вследствие чего напр жение Ui 4 наконденсаторе 14 снижаетс  по линейному закону и в момент времени 1з становитс  равным нулю. Врем , равное (1з -U), есть врем , предоставл емое дл  выключени  тиристоров независимого инвертора. После момента ts напр жение Ui 4 мен ет пол рность и зар дка конденсаторов посто нным током продолжаетс  до момента t4. В .момент t4 линейное напр жение Уд -Еистановитс  равным по величине и по знаку напр жению Ui4 на конденсаторе 14, при этом открываетс  отсекающий диод 21, и начинаетс  процесс коммутации тока в фазах нагрузки , т. е. переход тока с фазы 26 на фазу 27. Ток Зге в фазе 26 спадает, а в фазе

27возрастает. Линейное напр жение

и напр жение Ui 4 продолжают возрастать. Этот процесс продолжаетс  до момента времени t;. В момент t5 .линейное напр жение Цдц, становитс  равным по величине напр жению на конденсаторе 44, при этом открываютс  диоды 39, 41 и ток 2S фазы 26 замыкаетс  по цепи: фаза 26 нагрузки, фаза 27 нагрузки, диод 39, конденсатор 44, дио/о. 41, фаза 26 нагрузки. Ток 3 s « через конденсаторы 14, 15, 16 скачко.м снижаетс  до нул , напр жение на батарее конденсаторов 14, 15, 16 и линейное напр жение U.g ограничиваютс  на уровне напр жени  на конденсаторе 44. Ток фазы 26, замыка сь через диоды 39, 41 снижаетс  и в момент времени te становитс  равным нулю. На этом, процесс коммутации тока в фазах нагрузки заканчиваетс . Теперь ток нагрузки протекает по фазам 27 и 28 (момент t;- ).

Аналогичные процессы происход т и при коммутаци х других основных тиристоров независимого инвертора тока. При каждой коммутации избыток энергии, накопленной в индуктивност х рассе ни  коммутируемых фаз электромащинной нагрузки 264-28, через неуправл емый выпр митель , дроссель 45, тиристоры , трансформатор 52 возвращаетс  в питающую сеть. Благодар  специфике работы ведомого инвертора максимальный уровень напр жени  на коммутирующих конденсаторах не превышает заданное напр жение на конденсаторе 44. На этом же уровне ограничиваетс  напр жение и на основных тиристорах 8-13. Максимальный уровень напр жени  на отсекаюЦ-1ИХ диодах 20-Г-25 снижаетс , так как напр жение на отсекающих диодах суммируетс  из соответствующего линейного напр жени  на выходе независимого инвертора и напр жени  на соответствующем ко.ммутирующем конденсаторе.

Таким образом, величина коммутационных перенапр жений в преобразователе ограничиваетс  на заданном уровне, определ емом напр жением на конденсаторе 44, как в двигательном, так и в генераторном режимах работы различных электромашин переменного тока, что делает схему данного ПЧ универсальной дл  широкого класса нагрузок .

В дополнительный выпр митель на диодах 384-43 и ведомый инвертор на тиристорах 464-51 поступает мощность, составл юща  примерно 10.% от полной мощности нагрузки, что позвол ет в несколько раз уменьшить их установленную мощность и в целом существенно повысить технико-экономические показатели ПЧ. Кроме того, упрощаетс  блок управлени  ПЧ, поскольку дл  ограничени  напр жени  на заданном посто нном уровне не требуетс  регулировать угол опережени  зажигани  тиристоров .

Данное изобретение позвол ет также существенно снизить установленную мощность коммутирующих конденсаторов, используемых только дл  выключени  тиристоров, и повысить коэффициент полезного действи .

Claims (4)

1. Авторское свидетельство СССР № 238656, кл. 21 d 14/01, 1969 (прототип).

2.Шукалов В. Ф., Певзнер Е. М. Система электропривода с частотным управлением применительно к судовым грузоподъемным механизмам. «Автоматизированный электропривод в народном хоз йстве. Труды V Всесоюзной конференции по автоматизированному электроприводу, т. 1, «Общие вопросы и средства управлени , под ред. М. Чиликина и др. М., «Энерги , 1971-, с. 131 - 133, рис. 1.

3.Аранчий Г. В., Жемеров Г- Г., Эпщтейн И. И. Тиристорные преобразователи частоты дл  регулируемых электроприводов. Библиотека по автоматике, выпуск 271, «Энерги , М., 1968, с. 41.

4. Патент ФРГ №2035262, кл. 21 dу 2/02 1972, (прототип).

rziifitstfh