SU917298A1 - Способ управлени преобразователем многофазного переменного напр жени в регулируемое посто нное - Google Patents

Description

(5) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ МНОГОФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ 8 РЕГУЛИРУЕМОЕ ПОСТОЯННОЕ

I

Изобретение относитс  к силовой преобразовательной технике и может быть использовано в электроприводах посто нного тока в случа х, когда необходимо рекуперировать энергию посто нного тока в трехфазную сеть переменного тока при небольших массогабаритных показател х силового трехфазного трансформатора. Существующими , в насто щее врем  способами эта проблема не решена и остаетс  актуальной дл  подвижных объектов, а также дл  быстродействующих станочных электроприводов.

В насто щее врем  в электроприводах посто нного тока широко примен ютс  трехфазные мостовые ведомые сетью инверторы, в которых регулирование тока осуществл етс  посредством управлени  углом отпирани  инвертора .

Вследствие низкой частоты процессов в инверторе в цеп х как посто нного , так и переменного токов про-,

ход т токи с большой амплитудой пульсаций . Дл  их ум1еньшени  в цепи посто нного тока необходимо включать реакторы с большой индуктивностью, а дл  уменьшени  вли ни  инвертора на сеть необходимо также включать мощные сетевые фильтры на стороне переменного тока. Это обуславливает увеличение веса, габаритов и стоимости электрооборудовани  инвертора. Известны услови , накладывающие ограничени  на применение тиристорных преобразователей в сет х соизмеримой мощности по качеству электроэнергии . К недостаткам такого типа инвертора можно отнести также большое потребление реактивной мощности и низкий cos, что приводит к необходимости в случае применени  мощных инверторов использовать специальные компенсирующие устройства.

Известен способ импульсного регулировани  тока в трехфазном инвесторе , примен емый в электроприво дах переменного тока с двигателем с фазным ротором. Здесь примен етс  прерыватель посто нного тока на тиристорах с принудительной коммутацией , что позвол ет осуществить работу инвертора с минимальным углом опережени , т.е. значительно уменьшить реактивную мощность, а использование повышенных частот коммутации уменьшить габариты дроссел  СП . Однако такой способ не позвол ет осуществить передачу обратного потока активной мощности от сети к элект родвигателю. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  способ, реализованный в преобразователе многофазного переменного напр жени  в регулируемое посто нное, который выполнен в виде многофазного Трансформатора, средние- точки первич ной обмотки которого образуют входны выводы преобразовател , а концы обмотки подключены к входам двух диодных мостов, нагруженных на основные управл емые ключи. Вторична  многофазна  обмотка трансформатора подключена к входу дополнительного вентильного моста, выводы ИЬсто нного тока которого образуют выходные выводы преобразовател , зашу|нтированные дополнительным управл емым ключо Его анод соединен с анодами двух основных управл емых ключей через пэру коммутирующих- конденсаторов,. а катод через коммутирующий дроссель и вторую пару коммутирующих конденсаторов с катодами основных управл емых ключей С21.. В системе управлени  преобразователем в результате сравнени  симметричного пилообразного повышенной по отношению к сетевой частоты и синхронизированного сетью опорного напр жени  и посто нного напр жени  уп равлени  формируют последовательност регулируемых по ширине управл ющих .импульсов повышенной частоты, затем выдел ют из нее две последовательное ти управл ющих импульсов, сдвинутых между собой на угол Т- Одну из них подают на управл ющий вход одного из двух основных управл емых ключей, а вторую - на управл ющий вход второго ключа. Формируют также четвертую последовательность управл ющих импульсов , инверсных по отношению к первой которые подают на управл ющий вход дополнительного управл емого ключа. Преобразователь отличаетс  хорошими массогабаритными показател ми трансформатора и фильтра, повышенными энергетическими показател ми и незначительным вли нием на многофазную сеть соизмеримой мощности. Однако в нем не может быть осуществлен процесс передачи обратного потока активной мощности от источника посто нного тока в многофазную сеть переменного тока. Это сужает возможность его применени . Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей преобразовател  за счет осуществлени  передачи обратного потока активной мощности в сеть переменного тока. Пoctaвлeннa  цель достигаетс  тем, что, согласно предлагаемому способу управл ют преобразователем, выполненным в виде многофазного трансформатора , средние точки первичной обмотки которого образуют входные выводы преобразовател , а концы обмотки подключены к входам двух диодных мостов, нагруженных на,основные управл емые ключи. Вторична  многофазна  обмотка трансформатора подключена к входу дополнительного вентильного моста, выводы посто нного тока которого образуют выходные выводы преобразовател , зашунтированные дополнительным управл емым, ключом. Его анод соединен с анодами двух основных управл емых ключей через пару коммутирующих конденсаторов. Катод через коммутирующий дроссель и вторую пару коммутирующих конденсаторов - с катодами основных управл емых ключей. В системе управлени  преобразователем , в результате сравнени  симметричного пилообразного повышенной частоты и синхронизированного сетью опорного напр жени  и посто нного напр жени  управлени , формируют первую последовательность регулируемых по ширине управл ющих импульсов . Из нее выдел ют две послёдоваельности импульсов, сдвинутых между собой на угол Т. Одну из них подают на управл ющий вход одного основного управл емого ключа, вторую - на вход второго. . Формируют четвертую последователь- . ность управл ющих импульсов, инверсных по отношению к первой, которую

подают на вход дополнительного управл емого ключа.

Формируют шесть дополнительных последовательностей импульсов, длительностью 2/3с с частотой сети и, сдвинутых последовательно между собой на угол ОТ/3. Кажую из них логически перемножают со второй и третьей последовательност ми импульсов. Управл ющие импульсы, образованные после логического перемножени  второй последовательности с шестой, восьмой и дес той дополнительными последовательност ми , и третьей с п той, седьмой и дев той, подают на .управл ю|дие входы управл емых вентилей анод-, ной группы дополнительного моста. Управл ющие импульсы, образованные после логического перемножени  второй последовательности с п той, седь мой и дев той, и третьей с шестой, восьмой и дес той, подают на управл ющие входы вентилей катодной группы дополнительного моста.

Раздачу управл ющих импульсов между вентил ми анодной и катодной групп дополнительного моста осуществл ют таким образом, что вентили в момент подачи импульса управлени  наход тс  под обратным напр жением вторичной обмотки трансформатора.

На фиг. 1 приведена функциональ на  схема системы управлени  устройством , иллюстрирующа  предлагаемый способ управлени , где 1 - формирователь первой последовательности импульсов повышенной по отношению к сетевой частоты; 2,3 - формирователи последовательностей импульсов, выделенных и;з первой и сдвинутых пОд углом Т; - формирователь четвертой последовательности импульсов, инверсных по отношению к первой; 5-10 формирователи дополнительных шести последовательностей импульсов с частотой сети; 11 - синхронизирующий трансформатор; 12 - блок выделени  V гармоники повышенной частоты из напр жени  сети; 13 - генератор пилообразного опорного напр жени ; 14 компаратор; 15-26 -  чейки логического умножени  и.

В скобках указаны номера ключей из фиг., 3На фиг. 2 приведены графики последовательностей импульсов, где в - пилообразное опорное и посто нное управл ющее напр жени ; б-д - с первой

по четвертую последовательности управл ющих импульсов; е-;л - шесть дополнительных последовательностей управл ющих импульсов; м-с - последовательности управл ющих импульсов, получаемых после соответствующих ло гических умножений.

На фиг. 3 приведена принципиальна  электрическа  схема силовой части устройства; на фиг. k - графики токов и напр жений, где d - пилообразное опорное и посто нное управл ющее напр жение; f - управл ющие импульсы, подаваемые на управл ющие электроды управл емых вентилей; j - посто нный ток силовой цепи; N, Q,, Z - ток в фазах трансформатора. .

Основу силовой части преобразовател , на примере работы которого показан предлагаемый способ управлени , составл ет многофазный трансформатор (фиг. 3). Кажда  из фаз его первичной обмотки 27 состоит из двух секций , включенных последовательно и согласно . Начало и конец первичной обмотки через диодные мосты 28 и 29 закорачиваютс  с помощью основных управл емых ключей 30 и 31. Положительные выводы этих мостов и аноды основных управл емых ключей соединены двум  последовательно- включенными коммутирующими конденсаторами 32 иi 33, отрицательные выводы и катоды - конден .саторами 3 и 35.

Многофазна  сеть через фильтр подключена к средним точкам первичной обмотки 27. Вторична  обмотка 36 трансформатора через дополнительный вентильный мост 37-42 подключена к  корю 43 электрической машины посто нного тока, причем анодна  группа вентилей к положительному выводу  кор , а катодна  - к отрицательному. Якорна  цепь шунтирована дополнительным управл емым ключом 44. Положительный вывод  корной цепи подключен к точке соединени  конденсаторов 32 и 33, а отрицательный через коммутирующий дроссель.45 - к точке соединени  конденсаторов 34 и 35. Управл ющие импульсы, включающие тиристоры ,формируютс  системой 46 управлени .

Функциональна  схема системы управлени  преобразователем (фиг. 1) содержит формирователь 1 импульсов пр моугольной формы частота следовани  которых равна 6 п f сети. где n 1,2, 3,....Выход формировател  1 соединен с входами формиро вателей 2 и 3 импульсов, сдвинутых под углом СТ, частота следовани  ко торых вдвое меньше частоты первой последовательности импульсов и входом формировател  . Передние фронты импульсов формирователей 2 и 3 синхронизируют управл ющие импульсы, подаваемые на управл ющие входы основных управл емых ключей 30 и 31. Передний фронт импульсов формировател  k синхронизирует управл ющие импульсы, подаваемые на управл ющий вход дополнительного управл емого ключа . Выход формировател  2 соединен с одним из входов  чеек логического умножени  И 15, 17, 19, 21, 23, 25. Выход формировател  3 соединен с.одним из входов  чеек И 16, 18, 20, 22 2k, 26. Выходы формирователё.й 5-10 дополнительных последовательностей импуль сов длительностью 2/3 Т с частотой сети,и сдвинутых последовательно между собой на угол Т/3 соединены остальными входами  чеек И следующим образом: выход 5 с входами 16 и 21j выход 6 с входами.19 и 26; выход 7 с.входами 18 и 23; выход 8 с входами 15 и 22; выход 9 с входами 20 и 25} выход 10 с входами 17 и 2. Входы формирователей 5-10 и блока 12 выделени  гармоники повышенной частоты сети (6 - п . f сети) соединены с вторычными обмотками синхронизирующего трансформатора 11. Блок 12 выделени  гармоники синхронизирует генератор 13 пилообразного опор ного напр жени . Это опорное напр жение и напр жение управлени  (Uy) поступают на вход компаратора Н, который переключаетс  в момент,их сравнени  и управл ет формирователем 1 управл ющих импульсов. Работу преобразовател , реализующего предлагаемый способ управлени  рассмотрим дл  случа , когда кратнос повышенной частоты п 2, т.е.{коммутации 600 Гц. В момент сравнени  опорного пилообразного напр жени  и напр жени  уп равлени  в системе управлени  в формирователе 1 формируетс  последовательность импульсов о (фиг. 2). Формирователи 2 и 3 выдел ют из нее последовательности импульсов S и 2 88 ( фиг. 2), передние фронты которых синхронизируют управл ющие импульсы f, , 1,1 (фиг. k), поступающие на управл ющие входы основных управл емых ключей 30 и 31. . Формирователь k образует последовательность импульсов 9 (фиг. 2), передний фронт которых синхронизирует управл ющие импульсы f, w (фиг;А), поступающие на управл ющий вход дополнительного управл емого ключа . Управл ющие импульсы f, Kyf-K i (фиг. ), подаваемые на управл емые входы управл емых вентилей дополнительного моста, синхронизируютс  передними фронтами импульсов М - С (. 2), образуемых путем логического перемножени  в  чейках И 15-26 последовательностей импульсов в,г. , е, л (фиг. 2). Например, управл ющие импульсы f, Kj7 (фиг. ), подаваемые на вход вентил  37 синхронизированы импульсами Н (фиг. 2) на выходе  чеек И 15 и 1б. В  чейке 15 логически перемножаютс  импульсы последовательностей в, U (фиг. 2). В  чейке 16 - 2 , & (фиг. 2). При включении дополнительного управл емогр ключа kk в  корной цепи электрической машины, работающей в генераторном режиме, начинает нарастать ток и она стремитс  перейти а режим короткого Замыкани . Одновременно от диодных мостов 28 и 29 через ключ W и дроссель S зар жаютс  конденсаторы 32-35 с пол рностью, указанной на фиг. 3 без скобок. Затем включаютс  (фиг. 4) ключи 30,, 38 и 42. Конденсаторы 32 и З перезар жаютс  по цепи 32, 30, 3, , , 32 с пол рностью, указанной на фиг.З в скобкахjи выключают . Ток  корной цепи переводитс  через ключи 38 и 2 в фазы А и,С вторичных обмоток трансформатора, причем направление тока в них противоположно напр жению , -приложенному к этим обмоткам после включени  ключа 30, собирающего через мост 28 начала первичных обмоток 27 трансформатора в звезду. Начинаетс  этап инвертировани  тока в сеть (фиг. k j,w, z). Процесс инвертировани  оканчиваетс  и начинаетс  очередной процесс накаливани  энергии в  корной цепи в момент включени  ключа kk. При этом конденсаторы 32 и З вновь перезар жаютс  с пол рностью , указанной на фиг. 3 без скобок , и готовы произвести очередную коммутацию. Следующий этап инвертировани  начинаетс  включением ключей 31 37 и Ц (фиг. , f). Конденсаторы 33 и 35 перезар жаютс  по цепи 33, 31i 35, 5, , 33 и выключают ключ k. Одновременно с этим ключ 31 собирает через мост 29 в звезду концы первичных обмоток 27 трансформатора. Пол рность напр жени , приложенного к вторичным обмоткам 36 трансформатора , противоположна по сравнению с предыдущим этапом инвертировани . Поэтому ток во вторичных обмотках фа 8 и А вновь оказываетс  противоположным напр жению. Перемагничивание с частотой 300 Гц сердечника трансформатора исключает его подмагничивание с. частотой 50 Гц. Поэтому он рассчитываетс  на повышенную частоту благодар  чему резко снижаютс  его габариты и масса. В дальнейшем циклы повтор ютс . Величина тока инвертировани  и, сле довательно, тормозного момента на ва лу машины 3 регулируетс  в зависимости от скорости вращени   кор  изменением величины Uy. Так как за счет самоиндукции напр жение  кор  в процессе этапа инвертировани  да превышает напр жение на зажимах дополнительного вентильного моста на величину падени  напр жени  в  корной цепи, вентил х моста, обмотках трансформатора 27 и 36, мосте 28 или 29, ключа 30 или 31, фильтре, процесс инвертировани  не зависит от напр жени  холостого хода машины АЗ. Характер и величина редел ютс  только синхронизацией пачек тока инвертировани  с фазными напр жени ми и могут быть изменены в ту Или иную сторону. Это определ ет высокие энергетические показатели устройства. Высока  частота , пульсаций тока в  корной цепи и в фазах сети позвол ет применить малогабаритные облегченные сетевые фильт ры, а в  корной цепи, в большинст- ве случаев, индуктивность ее оказываетс  достаточной, чтобы вообще обойтись без дроссел . Следовательно, устройство, иллюст-55

Claims (2)

1.Крайцберг М.И. и др. Импульсный регулируемый электропривод с фазными электродвигател ми. М., Энерги , 1972.

2.Авторское свидетельство СССР tP 729782, кл. Н 02 М 7/1А5, 1977 (Xf)

« «tf