SU692035A1

SU692035A1 - Frequency changer

Info

Publication number: SU692035A1
Application number: SU681232615A
Authority: SU
Inventors: Вадим Сергеевич Высочанский
Original assignee: Предприятие П/Я Г-4128
Priority date: 1968-04-16
Filing date: 1968-04-16
Publication date: 1979-10-15

Description

Изобретение опноснтс « области преобразовательной те.х-ники и может быть нспользовано при построении . непосредственных преобразователей частоты и инверторов . Известен непосредственный преобразователь частоты, описанный, чанрпмер, в 1. В нем к каждому из выходных вьшодов подключен один конец вспо.могательных встречно-параллельно соединенных тиристоров . Это позвол ет повысить входной коэффидиент мощности преобразовател за счет обеспечени протекани реактивного то;ка лишь в фазах потребител , мину питающую сеть. Однако, недостатком такого преобразовател вл ютс пониженные его энергетические показател из-за необходимости приМенен блоков принудительного запирани упомЯНЗтых встречно-параллельно соединениых управл емых вентилей. Целью -нзОбретени вл етс злучшение энергетических показателей преобразовател частоты. Достигаетс это тем, что второй конец каждой из пар вспомогательных вентилей, .например тиристоров, подключен к одному из выходных выводо.в преобразовател , причем пары вспомогательных тиристоров образуют замкнутый треугольник. Это позол ет улучшить энергетические показател за счет отказа от блоков принудительной коммутации. Сущность изобретени по сн етс чертежами , на которых представлено: на фигуре I - трехфазный мостовой преобразователь частоты с непосредственной св зью, где - выпр мительные мосты, 7- 12 - вспомогательные вентили; ,на фигуре 2а - временна диаграмма управлени тиристорами преобразовател частоты при на фигуре 26 - крийыо напр жений выпр мительных мостов }(13) и 2(14) при запирании тиристоров моста 1, где Ti(T2) - период входной (выходной) частоты преобразовател ; Дг п - врем задержки подачи отпирающих импульсов на тнристоры противофазных мостов . 0,55, при I iS M.,M. при COS г- О., Ф - угол сдвига между напр жением и током при включении нагрузки на синусоидальное напр жение;The invention of the field of transformative te.kh-niki and can be used in the construction. direct frequency converters and inverters. The direct frequency converter described above, known as a changer, is known in 1. In it, one end of auxiliary counter-parallel-connected thyristors is connected to each of the output outputs. This makes it possible to increase the input power factor of the converter by ensuring the flow of the reactive current, only in the phases of the consumer, the supply network. However, the disadvantage of such a converter is its reduced energy indices due to the need for the forced locking blocks of the mentioned anti-parallel-connecting control valves. The purpose of the OBD is to improve the energy performance of the frequency converter. This is achieved by the fact that the second end of each of the pairs of auxiliary gates, for example thyristors, is connected to one of the output pins of the converter, and the pairs of auxiliary thyristors form a closed triangle. This makes it possible to improve energy performance by eliminating forced switching units. The invention is illustrated by the drawings, in which: in the figure I is a three-phase bridge frequency converter with direct connection, where are rectifier bridges, 7-12 are auxiliary valves; in figure 2a is a timing diagram of the thyristor control of the frequency converter; in figure 26, the voltage curve of the rectifying bridges} (13) and 2 (14) when the thyristors of bridge 1 are locked, where Ti (T2) is the period of the input (output) frequency of the converter ; Dg p - the delay time of the supply of unlocking pulses to the tristors of antiphase bridges. 0.55, with I iS M., M. when COS is O., F is the shear angle between the voltage and current when the load is applied to the sinusoidal voltage;

ф - угол сдвига между напр жением и ТО.КОМ пр еобразовател ,φ is the shift angle between the voltage and the TO.COM of the device,

ta - врем Босстатовлеии вентильной прочности тиристоров , Дги - врем ра;боты моста в и.нверторном режиме,ta is the Bosstatovia time of the valve strength of the thyristors, Dgi is the time of the operation; the bots of the bridge in the inverter mode,

ti - t& - моменты снижбни напр жени выпр мительных мостов дл включени тиристоров 7-.12. t, - MOiMeHT подачи отпирающегоti - t & are the moments of lowering the voltage of the rectifying bridges to turn on the thyristors 7 - .12. t, - MOiMeHT filing unlocking

импульса на тиристор 7, момент начала работы т.иp iCTOpa 7,impulse on thyristor 7, the moment of the beginning of work by t.i.

,на фигуре 3 - трехфазный мостовой преобразо,ватель частоты со звеном посто нного тока, где - основные тиристоры,, in FIG. 3, a three-phase bridge converter, a frequency converter with a DC link, where are the main thyristors,

26 - вспомогательные тиристоры; на фигуре 4 - кривые таков и напр жений преобразовател частоты по фиг. 3 (/,/2); 26 - auxiliary thyristors; 4, the curves are as follows; and the voltages of the frequency converter of FIG. 3 (/, / 2);

при иагрузке с cos ф - 0,55 (|фиг. 4а)when loaded with cos f - 0.55 (| Fig. 4a)

и при нагрузке с cos ф 0.55 (фиг. 46),and with a load of cos f 0.55 (Fig. 46),

27(28) - напр жение (ток) фазы /4,27 (28) is the voltage (current) of the phase / 4,

29- ток моста / (тиристора 15),29- bridge current / (thyristor 15),

30- ток тиристора 2.1,30- thyristor current 2.1,

31- ток тиристора 26.31- thyristor current 26.

Низкие энергетические локазатели в преобразовател х с непосредственной св зью объ сн ютс не только переменным углом регулировани вентилей, но и наличием иепрерывной гальванической св зи между нагрузкой и источником питани , в результате чего, реа,ктиВ;На энерги нагрузки возвращаетс источнику питани .Low energy indicators in converters with a direct connection are explained not only by the variable angle of valve control, but also by the presence of a continuous galvanic connection between the load and the power source, resulting in a return to the power source.

Описываемое в данном изобретении устройство обеспечивает гальваническую Св зь между нагрузкой и источником питани только в те интервалы времени, когда энерги поступает от сети к нагрузке.The device described in this invention provides a galvanic connection between the load and the power source only at those times when energy is supplied from the network to the load.

После того, как в жа,кой-либо фазе нагруЗ (КИ образован избыток реактивной энергии , эту фазу отключают от сети и с помощью дополнительных вентильных св зей подключают к другим фазам нагрузки, которые в это врем потребл ют энергию. .After loading a phase in the jail (CI is formed with an excess of reactive energy, this phase is disconnected from the network and, with the help of additional valve connections, connected to other phases of the load, which at this time consume energy.

Рассмотрим, например, широко известный трехфазный .мостовой преобразователь высокой частоты в низ;кую (фиг. 1). Преобразователь состоит из шести мостовых выпр мителей , каждый из которых формирует полуволну напр жени одной из фаз нагрузки, и шести вспомогательных управл емых вентилей .Consider, for example, the well-known three-phase, high-frequency to low-frequency bridge converter (Fig. 1). The converter consists of six bridge rectifiers, each of which forms the half-wave voltage of one of the phases of the load, and six auxiliary controlled gates.

Пусть тиристоры работают с полным открытием , нагрузка преобразовател активно-индуктивна , и в рассматриваемый момент Бремени работают мосты 1, 2 н 3. В момент времени, соответствующий изменению знака напр жени фазы Л нагрузка, снимают импульсы управлени с вентилей моста /, и он, тем самым, переводитс вLet the thyristors operate with full opening, the converter's active-inductive load, and at the considered time of the Burden, bridges 1, 2 and 3. At the moment of time corresponding to the change of the voltage sign of the phase L load, control pulses are removed from the bridge gates, and thereby being translated into

инверторный режи.м. В момент /-(фиг. 2) подают отпирающий импульс ни тиристор 7 ,и задерживают подачу отпирающего имнзльса на очередной вентиль моста 2 дл снижени напр жени на выходе моста 2 до величины, обеспечивающей по вление положительного анодного (Напр жени на тиристоре 7.inverter mode At the moment / - (Fig. 2), the thyristor 7 is turned on a triggering pulse, and the triggering supply of the next gate of bridge 2 is delayed to reduce the voltage at the output of bridge 2 to a value that ensures the appearance of a positive anode (voltage on the thyristor 7.

Анодное напр жение на тиристоре 7 в момент rl становитс положительным и он начинает проводить ток фазы А. The anode voltage on the thyristor 7 at time rl becomes positive and it begins to conduct current phase A.

.Вентили моста / .залирают( . Напр жение моста 2 снова поднимаютдо полной величины. Ток фазы А, обусловленный запасом ее электромагнитной энергии, замыкаетс через фазу С и тиристор 7. Если к моменту спада тока ta до нул подать отпирающие импульсы на Т1иристор1ы моста 4, последние вступ т в работу, и то|к в фазе Л изменит направление. Через шестую часть периода выходной частот снимают отпирающие импульсы с моста 2. Он переводитс в инверторный режим отпирают тиристор 8, снижают и снижаю; и снова поднимают напр жение моста 3. Тиристоры моста 2 запираютс , а ток фазц С за.мы«аетс через тиристор 5 и фазу В. Во врем работы пиристора 5 чмогут быть поданы отпирающие импульсы на тиристоры моста 5 и последний вступит в работу kaK только ток фазы С спадет до нул . Тиристор 8 закроетс , и ток фазы С изменит |направление . Остальные мосты и вентили работают аналогично. Кривые токов и .ений преобразовател показаны на фкК 4.The bridge's valves / are firing (. The voltage of bridge 2 is again raised to full magnitude. Phase A current due to its supply of electromagnetic energy is closed through phase C and thyristor 7. If by the time of current dropping ta zero, the triggering pulses are applied to bridge T-thyristor 4 The latter enter into operation and then change direction in phase L. After a sixth part of the output frequency period, the trigger pulses are removed from bridge 2. It is switched to the inverter mode, the thyristor 8 is turned on, lowered and lowered, and the bridge voltage is raised again. Bridge Thyristor 2 record and the current of the F4 C for. We are through the thyristor 5 and phase B. During the operation of the pyristor 5, unlocking pulses can be sent to the thyristors of the bridge 5 and the latter will go into operation kaK only the current of the phase C will drop to zero. and the current of phase C will change | direction. The rest of the bridges and valves work in the same way. The current and curve curves of the converter are shown in PKF 4.

Как известно, услови взаимАкомпенсации реактивной энергии фаз в трехфазном преобразователе завис т от величины cos ф нагрузки, поэтому можно выделить два режима работы. При cos ф 0,55 |к моменту отключени очередного моста успевает израсходоватьс реактивна энерп , накопленна ранее скоммутированной (фазой.As is known, the conditions for the mutual compensation of the reactive energy of the phases in a three-phase converter depend on the value of cos φ of the load; therefore, two modes of operation can be distinguished. With cos f 0.55 |, by the time the next bridge is disconnected, the reactive energy accumulated by the previously commuted (phase) has time to be spent.

Кривые напр жени и токов дл этого случа приведены на фиг. 46. При cos ф 0,55 к моменту отключени какого-либо моста не успевает израсходоватьс энерги фазы, мост которой был ранее отключен. В этом случае необходимо задержать открытие тиристоров очередного мост, то есть уменьшить величину напр жени на нагрузке . При работе преобразовател на двигатель токи в фазах двигате; в эти моменты времени будут формировать противо-ЭДС двигател . Если величина продиво-ЭДС близка к величине с; ммарного падени напр жени на вентил с и сопротивлени х обмотки двигател (Ai/s), то характер тока в нагрузке практически не изменитс и будет таким, как этс| показано на фиг. 4а. Если же противо-ЭДС) больше, чем At/v, то изменение тока в фазах в интервалы времени будет П1 оисходить более интенсивно и потому сами интервалы времени Д/п сократ тс .The voltage and current curves for this case are shown in FIG. 46. At cos φ 0.55, by the time of the disconnection of any bridge, it is not enough time to expend the energy of the phase whose bridge was previously disconnected. In this case, it is necessary to delay the opening of the thyristors of the next bridge, i.e., reduce the voltage value at the load. When the converter is operating on the motor, the currents in the motor phases; in these moments of time will form the anti-EMF of the engine. If the value of the pro-EMF is close to the value of c; If the voltage drops across the valves and the winding resistances of the motor (Ai / s), the nature of the current in the load remains practically unchanged and will be the same as ets | shown in FIG. 4a. If, however, the back EMF is greater than At / v, then the change in current in the phases at time intervals will be more intensive for P1, and therefore the time intervals D / n themselves will be shortened.

Как видно из фиг 4, наличие дополнительных вентильных св зей приводит не только к полной взаимокомпенсации реактивной энергии фаз нагрузки преобразовател , но и к заметному уменьшению токовой загрузки мостов 1-6, особенно при низких cos ф нагрузки.As can be seen from Fig. 4, the presence of additional valve couplings not only leads to the complete mutual compensation of the reactive energy of the phases of the load of the converter, but also to a noticeable decrease in the current load of bridges 1–6, especially at low cos f loads.

БлагОлТ,ар включению вентилей 7- 12 укорачиваютс тракты, по которым протекает ток нагрузки в интервалы времени, когда токи и напр жени фаз имеют различные знаки. В результате в эти отрезки времени источник питани , сеть и вентили мостов не загружаютс током нагрузки, и потому к.п.д. преобразовател также увеличиваетс .GRAIN, ar switching on the valves 7-12 shortens the paths through which the load current flows in the time intervals when the currents and voltages of the phases have different signs. As a result, during these periods of time, the power source, the network and the gates of the bridges are not loaded with load current, and therefore the efficiency is the converter also increases.

Поскольку , то дл регулировани напр жени при снижении частоты на выходе преобразовател удобно воспользоватьс широтно-импульсным методом управлени тирсторами мостов 1-6. В этом случае преобразователь будет работать с высоким коэффициентом мощности К ( при любом cos ф нагрузки.Since, it is convenient to use the pulse width control method of the bridge tyrstors 1-6 to control the voltage while reducing the frequency at the output of the converter. In this case, the converter will operate with a high power factor K (for any cos f load.

Преобразователь частоты может работать и при переменном угле открыти вентилей МОСТОВ. И в этом случае реактивна энерги нагрузки будет передаватьс из фазы в фазу. Естественно, в этом случае KM будет несколько ниже, чем при полном открытии вентилей.The frequency converter can also operate at a variable angle of opening of the BRIDGE valves. Again, the reactive load energy will be transferred from phase to phase. Naturally, in this case the KM will be somewhat lower than with the full opening of the valves.

Дополнительные вентили на выходе преобразовател могут быть применены не только в различных схемам преобразователей частоты в непосредственной св зью, но и в схемах инверторов.Additional valves at the output of the converter can be used not only in various frequency converter circuits in direct communication, but also in inverter circuits.

На фиг. 3 приведен пример такого инвертора (с естественной коммутацией вентилей ), питающийс от управл емого выпр мител (УВ). Инвертор содержит основные тиристоры и вспомогательные тиристоры . Пусть ток провод т тиристоры /5-н J7 и требуетс запереть тиристор 15. Дл его запирани с помощью выпр мител УВ снижают напр и ение на входе инвертора до величины, при которой входной ток инвертора становитс равным нулю. Если к этому времени отпереть тиристоры 21, 22, то токи во всех фазах сохран т свое направление, а тиристоры 15 - 17 будут обесточены. Будут они запиратьс или нет зависит от того, поданы или нет отпирающие импульсы. Поскольку нужно запереть только тиристоры 15, а тиристоры 16 и 17 должны остатьс в работе, то на последние продолжают поступать (или вновь подаютс ) отпирающие импульсы . После восстановлени вентильной прочности тиристора 15 напр жение на входе инвертора снова увеличивают. Тиристоры 16 и 17 оп ть начинают проводить ток, а тиристор 22 запираетс . Тиристор 21 будет проводить ток фазы А, пока последний не спадет до нул . Все это врем через тиристор 16 будет протекать ток, меньший тока if. на величину тока г. Если к моментуFIG. Figure 3 shows an example of such an inverter (with natural valve switching), powered by a controlled rectifier (SW). The inverter contains the main thyristors and auxiliary thyristors. Let the current be conducted by the thyristors / 5-n J7 and the thyristor 15 must be locked. If the thyristors 21, 22 are unlocked by this time, the currents in all phases will remain in their direction, and the thyristors 15-17 will be de-energized. Whether they are locked or not depends on whether or not unlocking pulses are applied. Since it is only necessary to lock the thyristors 15, and the thyristors 16 and 17 must remain in operation, the last continue to receive (or re-apply) the trigger pulses. After the valve strength of the thyristor 15 is restored, the voltage at the input of the inverter increases again. The thyristors 16 and 17 again begin to conduct, and the thyristor 22 is locked. The thyristor 21 will conduct the current phase A, while the latter does not fall to zero. All this time, a current less than the current if flows through the thyristor 16. by the amount of current g. If by the time

снижени тока i до нул подать отпирающий импульс на тиристор 18, то ток в фазе А изменит направление. Теперь наход тс в работе тиристоры 16.- 19. Когда настанет очередь запереть тиристор 16,reducing the current i to zero, apply a trigger pulse to the thyristor 18, then the current in phase A will change direction. Now thyristors are in operation. 16.-19. When it is the turn to lock up thyristor 16,

должно быть вновь снижено напр жение на входе инвертора и открыты вспомогательные тиристоры, на этот раз 22 и 23. После запирани тиристора 16 снова поднимают напр жение на входе инвертора,the voltage at the inverter input must be reduced again and the auxiliary thyristors are opened, this time 22 and 23. After the thyristor is locked, the voltage at the inverter input is again raised,

тиристоры 17 и 18 продолжают проводить ток, а тиристор 23 закрываетс . Работа последующих тиристоров происходит аналогично . Кривые токов и напр жений этого инвертора будут идентичны огибающимthyristors 17 and 18 continue to conduct, and thyristor 23 closes. The work of subsequent thyristors is similar. The current and voltage curves of this inverter will be identical to the envelope

кривых преобразовател частоты с непосредственной св зью. Каки в первом случпе , при нагрузке с ,55 и числе фаз мостового преобразовател , равном трем, управление тиристорами должно производитьс с помощью датчиков тока или каких-либо программных устройств, обеспечивающих з.адержку подачи отпирающего импульса на тиристор, противофазный запираемому .direct-frequency frequency converter curves. In the first case, when the load is with, 55 and the number of phases of the bridge converter equal to three, the thyristors should be controlled with the help of current sensors or any software devices providing an anti-phase lock-off triggering of the triggering pulse to the thyristor.

Рассмотренные преобразователи могут найти широкое применение в регулируемых приводах. Высокие энергетические показатели и отсутствие компенсирующих конденсаторов делают преимущества этих преобразователей наибольшими при получении низких частот из частоты- 50 Гц. Первый тип преобразовател , видимо, более целесообразен дл больших мощностей (в сотни и тыс чи кВт.) Второй тип преобразователей проще и потому более целесообразен дл меньших мощностей.Considered converters can be widely used in variable speed drives. High energy performance and the absence of compensating capacitors make the advantages of these converters greatest when receiving low frequencies from a frequency of 50 Hz. The first type of converter seems to be more expedient for large powers (of hundreds and thousands of kilowatts.) The second type of converters is simpler and therefore more expedient for smaller powers.

В преобразовател х обоих типов тиристоры могут быть заменены на симисторы или полностью управл емые приборы. Логика управлени и структура преобразователей при этом почти не изменитс .In converters of both types, thyristors can be replaced by triacs or fully controlled instruments. The control logic and structure of the transducers remains almost unchanged.

Claims

Invention Formula

A frequency converter containing main gates and auxiliary gates forming anti-parallel pairs, one end of each of which is connected to one of the output terminals, characterized in that, in order to improve energy performance, the other end of each pair is connected to the adjacent output terminal.

The source of information received by

60 attention during examination:

. USSR author's certificate number 229677, cl. H 02 M 5/27, 04/27/1966. YAM TTT TPptTITP

Lillll, W M J.li Ty

g

U i, M I 5

I ij U / 1 tj i «i | Tj 5 / g) it 12 7 8 O W //

utn

4 I,

(.ug.

T "u ut iw

HC

D, .tsh1..kP

0-

l i i

27

.ii

ff

. "