SU817920A1 - Однофазно-трехфазный преобразовательчАСТОТы - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к преобразовательной технике и может быть использовано в регулируемых асинхронных электроприводах при однофаз ной питающей сети, например в электрифицированном транспорте переменного тока. Известны устройства дл  частотно го управлени  трехфазной нагрузкой при питании от однофазной сети, сод жащие полностью управл емые ключи переменного тока З. Наиболее-простым из них  вл етс  устройство в котором однофазна  сет переменного тока присоединена между анодной и катодной группами трехфаз ного тиристорного моста, кажда  ветвь которого образована цепочкой из последовательно соединенных тиристоров , при этом начала фазных обмот ок управл емого асинхронного дви гател  присоединены к общим точкам взаимного соединени  тиристоров отдельных цепочек, а концы фаз статор ной обмотки соединены в общую нулев точку. При работе устройства имеет место циклическое поочередное подкл чение к однофазной сети цепочек из последовательно соединенных фаз статорной обмотки, чередуемое с скачкообразным изменением на сто восемьдес т градусов начальной фазы питающего напр жени  и последующим поочередным закорачиванием одноименных зажимов двух фаз трехфазной статорной обмотки З. Известно также устройство, которое может быть использовано дл  частотного управлени  трехфазным асинхронным двигателем при питании от однофазной сети, содержащие полностью управл емые ключи переменного тока. Устройство выполнено в виде трех преобразующих  чеек, кажда  из которых собрана по схеме однофазного инверторного моста на полностью управл емых ключах с двухсторонней проводимостью , причем одна диагональ моста образует одни силовые входные выводы, подключаемые к сети, а друга  диагональ - выходные выводы, подключаемле к гальванически разв занным фазам нагрузки. В этом с.пучае на каждую фазу нагрузки приходитс  по четыре однофазных ключа переменного тока/ а на все устройство - двенадцать однофазных ключей переменного тока. Преимущество устройства перед известным устройством в лучшем гармоническом составе напр жени  на каждой з фаз нагрузки и обусловленном этим лучшении энергетических показателей нагрузки,, в лучшем использовании по напр жению управл емого асинхронного вигател , в более широких функциональных возможност х, позвол ющих осуществить также независимое регуирование , выходного напр жени  управ емого трехфазного асинхронного двигател  по мере изменени  частоты, в более широких пределах изменени  выходной частоты из-за использовани  искусственной коммутации 4.

Недостаток устройства состоит в относительно большом количестве полупроводниковых ключей переменного . тока, в случае использовани  в качестве полупроводникового ключа переменного тока двух встречно-параллельно соединенных тиристоров устройство требу-ет не менее двадцати четырех главных силовых тиристоров, если не учитывать тиристоры узлов искусственной коммутащии. Это усложн ет подобное устройство, и не способствует повышению его надежности. Кроме того в устройстве недостаточно хорошие энергетические показатели при широких пределах регулировани  и частоты вращени  двигател .

Цель изобретени  - улучшение энергетических показателей путем улучшени  качества выходного тока.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что известный однофазно-трехфазный преобразователь частоты, содержащий три преобразующие  чейки, кажда  из которых включает в. себ  пару последовательно соединенных полностью управл емых .ключей с двухсторонней проводимостью, точка соединени  которых образует один из двух силовых входных выводов  чейки дл  подключени  их к питак цей сети, вторые силовые выводы первых ключей образуют первые три выходных вывода

преобразовател , а вторые силовые выводы других ключей этих  чеек св заны с соответствующим выходным выводом другой тройки выходных выводов преобразовател , снабжен трем  двухобмоточными и одним трехобмоточным однофазными трансформаторами, причеМ одна из обмоток каждого из трех дв ухобмоточных трансформаторов подк4ючена параллельно упом нутому первому ключу соответствующей  чейки, друга  обмотка каждого из этих трансформаторов образует второй силовой входной вывод соответствующей  чейки , вторым своим концом она через одну из обмоток трехобмоточного транс форматора подключена к одному силовому выводу другой тройки силовых выводов преобразовател , а точка cQeдинени  обмоток двухобмоточного К трехобмоточного трансформаторов подсоединена к второму силовому ву

воду упом нутого другого ключа этой же  чейки.

На фиг. 1 изображена принципиальна  схема предлагаемого устройстваJ на фиг. 2 - вариант реализации преобразовател  в тиристорном исполнении; на фиг. 3 - эпюры, характеризующие перекл очение полностью управл еКых ключей переменного тока .{а -в) преобразующих  чеек, коммутационна  функци  (г), определ юща  напр жение на обмотках трехобмоточного трансформатора и коммутационные функции (д - ж), определ ющие фазные напр жени  нагрузки; на фиг. 4 - эпюры фазных напр жений (а - в) и напр жени  на обмотках треобмоточного . трансформатора (г); на фиг. 5 - эпюры, характеризующие переключение ключей преобразовател  при регулировании величины его выходного напр жени .

Устройство на фиг. 1 содержит три однофазных двухобмоточных трансформатора , между одними 1-3 и другими 4-6 обмотками которых пофазно-последовательно соединены фазы нагрузки - обмотки 7 статора двигател  и расположенные на общем магнитопроводе обмотки трехобмоточного однофазного трансформатора 8, одноФазные двухобмоточные трансформаторы свободными концами своих обмоток 1 и 4 и соответственно 2 и 5 и 3 и 6 присоединены к шина:м 9 и 10 питающей однофазной сети.

Точки соединени  цепочек из фаз статорной обмотки 7 и отдельных обмоток трехобмоточного однофазного трансформатора 8 с первичными обмотками 1, 2, 3 однофазных двухобмоточных трансформаторов присоединены к входной шине 9 ключами 11 - 13, а к входной шине 10 - ключами 14 - 16.

Вариант принципиальной схемы преобразовател  на фиг. 2 соответствует исполнению полностью управл емого полупроводникового ключа переменного тока в виде диодного моста, выход которого зашунтирован цепочкой из дросселей и тиристора. Аноды пар шунтирующих тиристоров ключей . 11, 14, 12, 15, 13, 16 соединены конденсаторами соответственно 17 - 19, а их катоды - конденсаторами 20 22 . Во избежание запирани  шунтирующего тиристора в момент прохождени  через нуль тока фазы статорной обмотки или обмотки соответствующего транформатора в состав диодного моста введена дополнительна  ветвь из диодов на относительно малый ток, подсоединенна  к питающей сети через фазосдвигаквцее сопротивление (например конденсатор) относительно большо величины.

Claims (2)

1. На фиг. 3 а представлена эпюра переключений полностью управл емых ключей 11 и 14; на фиг. S б - ключей 12 и 15; на фиг. 3 в - ключей 13 и 16, Аналогичное соответствие между эпюрами переключени  и номерами ключей на фиг. 5. Работа устройства начинаетс  с момента времени, когда замкнут полупроводниковый ключ 14. В этот интервал времени первый трансформат вторична  обмотка 4 которого закоро чена, работает в режиме короткого за№1кани  и потому Падением напр ужени  на его первичной обмотке 1 мо но пренебречь, тогда напр жение на последовательном соединении первой фазы статорной обмотки 7 с первой обмоткой многообмоточного однофазного трансформатора 8 не будет отличатьс  от напр жени  питающей однофазной сети; В соответствии с алгоритмом переключений через половину периода циклов коммутации происходит размыкание ключа 14 и замыкание ключа 11 Это приведет к подключению обмотки первого трансформатора к питающей о нофазной сети, к наведению на обмот ке 4 этого трансформатора ЭДС той же величины, что и напр жение сети к изменению на сто восемьдес т градусов начальной фазы напр жени  на фазе 7 статорной обмотки управл емо го асинхронного двигател . Аналогично протекают электромагн ные процессы в цепи обмоток 2 и 5 второго двухобмоточного трансформат ра и соответствующей им цепочки из второй фазы статорной обмотки 7 асинхронного двигател  с второй обмоткой трехобмоточного однофазного трансформатора 8, а также в цепи обмоток 3 и б третьего двухобмоточн го трансформатора и соответствук цей ей цепочки из третьей фазы статорно обмотки 7 с третьей обмоткой трехобмоточного однофазного трансформатора 8. Эти процессы обусловлены по чередным переключением полупроводниковых ключей 13 и 15 - цепи второ фазы статорной обмотки двигател  со гласно эпюры фиг. 3 б и (фиг. 5 б) и ключей 13 и 16 - цепи третьей фаз статорной обмотки согласно эпюры фиг. 3 в (и фиг. 5в) . Напр жение на последовательном с динении отдельных фаз статора с соо ветствующими обмотками трехобмоточного однофазного трансформатора 8 можно представить произведением (на пример дл  одной фазы) U,,tu;,t). При этом напр жение на обмотке трехобмоточного трансформатора (фиг. 4 г) определ етс  так ). а фазное напр жение обмотки статора (фиг. 4 а) следующим образом и-,(), где tj - напр жение .питающей х:ети Ч-Ц«1 (V - кругова  частота питающей сети, Шц -.частота циклов коммутации. Частота основной составл ющей напр жени  нагрузки выражаетс  разностью между частотой сети и частотой циклов ком1 тации. Если частота циклов коммутации превышает частоту питающей сети, то пр мую последовательность фаз образуют те составл ющие напр жени  на каждой из указанных выше цепочек цепи нагрузки, частоты KotopHX выражаютс  как разностью , так и суммой частот сети и :циклов коммутации, совпадут по знаку также и соответствующие им состав л ющие электромагнитного момента, что способствует расширению вверх диапазона частотного управлени  асинхронного двигател . Составл ющие намагничивающих сил пр мого следовани  фаз различных фаз двигател  взаимно уравновешиваютс  в трехобмоточном трансформаторе 8 с однофазным сердечником и потому не отзовут заметных падений напр жени  в его обмоткгих. Те составл ющие напр жений, не указанных выиз цепочках, частоты которых выражаютс  разностью или суммой частоты сети и произведени  частоты циклов коммутации на целое число, кратное трем, :образуют нулевую последовательность фаз, соответствующие им составл ющие намагничивающих сил во всех обмотках трансформатора 8 совпадут по фазе и создадут результирующее значение по величине составл ющие магнитного потока холостого хода в общем дл  них ферромагнитном сердечнике, что обуславливает выделение этих составл ющих напр жени  исключительно на обмотках трансформатора в и исключение этих составл ющих напр жени  на фазах статорной обмотки асинхронного двигател . Очень большое индуктивное сопротивление холостого хода дл  этих составл ющих намагничивающей силы нулевого следовани  фаз, получаемое в трансформаторе 8 с ферромагнитным сердечником, обуславливает соответствующее уменьшение тепловых потерь в предлагаемом устройстве по сравне нию с известными устройствами подобного рода, не ймеганими такого трансформатора . Независимое регулирование напр жени  частотноуправл емого асинхронного двигател  в предлагаемом устройстве осуществл етс  изменением соотношени  между интервалами включенного состо ни  ключей 11 - 13 и соответствующих им ключей 14 - 16 согласно фиг. 5. Гармонический состав эпюр переключающих функций фиг, 5 показывает , .что кажда  из этих функций в этом случае содержит также посто нную составл ющую, величина которой возрастает по мере увеличени  глубины регулировани  напр жени . Посто нна ; составл юща  в соста ве переклйзчак дих функций ключей 11 16 вызывает по вление составл ющих частоты питающей сети в напр жени х цепочек из обмоток трансформатора 8 и различных фаз статорной обмотки 7 двигател , которые также образуют ну левую последовательность фаз и потом . аналогично предлагаемому выше выдел  ютс  исключительно в обмотках трансформатора 8; это обуславливает сущест венное уменьшение тепловых потерь в частотоуПравл емом двигателе 7 при ш роком диапазоне регулировани  его ча тоты вра111ени , сопровождаемом одновременным независимым регулированием напр жени .. Формула изобретени  Однофазно-трехфазный преобразо--вателъ частоты, содержа1цкй три преобразующие  чейки, .кажда  из которых включает в себ  пару последовательно соединенных полностью управл емых ключей с двухсторонней проводимостью точка соединени  которых образует один из двух силовых входных выводов  чейки дл  подключени  их к питающей сети, вторые силовые выводы первых ключей  чеек образует- первые три выходных вывода преобразовател , а вторые силовые выводы других ключей атшс  чеек св заны с соответству щим выходным выводом другой тройки выходных выводов преобразовател , отличающийс  тем, что, с целью улучшени  энергетических показателей путем улучшени  качества выходного тока, он снабжен трем  двухобмоточными и одним трехобмоточным однофазныгли трансформаторами , причем одна из обмоток каждого из трех двухобмоточных трансформаторов подключена параллельно упом нутому первому ключу соответствующей  чейки, друга  обмотка каждого из этих трансформаторов одним концом образует второй силовой входной вывод соответствующей  чейки, вторым своим концом она через одну из об-. моток трехобмоточного трансформатора подключена к одному силовому- выводу другой .тройки силовых выводов преобразовател , а точка соединени  обмоток двухобмоточного и трехобмоточного трансформаторов подсоединена к второму силовому выводу упом нутого другого ключа этой же  чейки. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Рутманис Л. А, Однофазно-трехфазный полупроводниковый преобразователь частоты с искусственной коммутацией тиристоров. Извести  АН Латв. ССР, сер. физ. и техн. наук, 1967, 2, 112.
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 226013, кл. Н 02 М 5/27, 01.09.65, 3„ Патент ОНА 3889167, кл, 318-227, опублик. 10.06..75.. 4„ Мыцык Г, С, Исследование и разработка- способов преобразовани  параметров электрической энергии с помощью статических преобразователей. Канд. дис. М., МЭИ, 1972, с. 49, 119-126.

   ЧГ

   )

   S 6

   S

   ж

   -cat

   ж 6

   -Ut.

   1Ж

   6