полупроводниковый преобразователь

Формула изобретения

Полупроводниковый преобразователь с пятью силовыми входами, образованными первым, вторым, третьим выводами для подключения к сети переменного тока и четвертым, пятым выводами для подключения к источнику постоянного тока, и с тремя силовыми выходами переменного тока, содержащий трехфазный мостовой инвертор тока со сглаживающими дросселями в цепи переменного тока, с выходами которого соединены тиристорный регулятор и восемнадцативентильный непосредственный преобразователь частоты, коммутирующие конденсаторы и тормозные резисторы, отличающийся тем, что введены второй трехфазный мостовой инвертор тока со сглаживающими дросселями в цепи переменного тока, выводы переменного тока которого образуют три дополнительных силовых входа переменного тока полупроводникового преобразователя, второй тиристорный регулятор, диоды, включенные последовательно и согласно в каждое плечо упомянутых мостов между тиристором и выводом обмотки сглаживающего дросселя, шесть дополнительных вентилей в непосредственный преобразователь частоты, в котором основные и дополнительные вентили соединены в шесть двухфазных мостов, подключенных последовательно и согласно выводами постоянного тока в кольцевую схему, в которой выводы переменного тока первого и четвертого, третьего и шестого, пятого и второго включенных встречно-параллельно двухфазных мостов объединены и подключены соответственно к силовым входам переменного тока полупроводникового преобразователя, трехфазный трансформатор, первичные обмотки которого подключены к силовым входам переменного тока, а вторичные обмотки соединены с входными выводами двух тиристорных регуляторов, три силовых дополнительных выхода переменного тока полупроводникового преобразователя образованы выходными выводами первого тиристорного регулятора, причем к выходным выводам второго тиристорного регулятора подключены тормозные резисторы, а коммутирующие конденсаторы подсоединены к общим точкам катодов и анодов тиристорно-диодных плеч в соответствующих фазах двух трехфазных мостов инверторов тока.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для системы питания электродвигательной нагрузки, например, в буровых агрегатах, транспортных средствах, автономных электроэнергетических установках.

Известен преобразователь переменного напряжения в переменное [1] содержащий последовательно соединенные тиристорные преобразователи: выпрямитель, параллельный инвертор тока с двухмостовым регулятором реактивной мощности и непосредственный преобразователь частоты. Недостатком известного преобразователя является невозможность электрического торможения (генераторного или резисторного) двигателей нагрузки, что снижает эффективность использования преобразователя.

Известен полупроводниковый преобразователь [2] обеспечивающий работу в системе бесперебойного питания с двигательной нагрузкой. Основным недостатком такого преобразователя является повышенная установленная мощность конденсаторного источника реактивной мощности, подключаемого параллельно нагрузке. Это также требует автоматического регулирования реактивной мощности конденсаторных установок за счет потребления избытка реактивной мощности (в зависимости от режимов работы преобразователя) в тиристорно-дроссельном регуляторе реактивной мощности. По совокупности существенных признаков известный полупроводниковый преобразователь [2] наиболее близок к предлагаемому устройству и может быть принят в качестве прототипа.

Заявляемое изобретение направлено на повышение эффективности полупроводникового преобразователя для системы питания двигательной нагрузки путем уменьшения установленной мощности конденсаторных устройств при сохранении за ними функции искусственной коммутации тиристоров в инверторе тока со сглаживающими дросселями в цепях переменного тока, совершенствование непосредственного преобразователя частоты за счет обеспечения режимов передачи реактивной мощности между фазами двигательной нагрузки.

Указанный технический результат достигается тем, что в полупроводниковый преобразователь с пятью силовыми входами, образованный тремя выводами для подключения к сети переменного тока и двумя выводами для подключения к источнику постоянного тока, и с тремя силовыми выходами переменного тока, содержащий трехфазный мостовой инвертор тока со сглаживающими дросселями в цепи переменного тока, с выходами которого соединены тиристорно-дроссельный регулятор и восемнадцативентильный непосредственный преобразователь частоты, коммутирующие конденсаторы и тормозные резисторы, согласно изобретению введены второй трехфазный мостовой инвертор тока со сглаживающими дросселями в цепи переменного тока, выводы переменного тока которого, образуют три силовых входа переменного тока полупроводникового преобразователя, второй тиристорный регулятор, диоды, включенные последовательно и согласно в каждое плечо упомянутых мостов между тиристором и выводом обмотки сглаживающего дросселя, шесть дополнительных вентилей в непосредственный преобразователь частоты, в котором основные вентили соединены в шесть двухфазных мостов, подключенных последовательно и согласно выводами постоянного тока в кольцевую схему, в которой выводы переменного тока в каждой паре включенных встречно-параллельно двухфазных мостов объединены и подключены к силовым входам переменного тока полупроводникового преобразователя, а выходные выводы образуют три упомянутых силовых выхода переменного тока полупроводникового преобразователя, трехфазный трансформатор, первичные обмотки которого подключены к силовым входам переменного тока, а вторичные обмотки соединены с входными выводами двух тиристорных регуляторов, три силовых дополнительных выхода переменного тока полупроводникового преобразователя образованы выходными выводами первого тиристорного регулятора, причем к выходным выводам второго тиристорного регулятора подключены тормозные резисторы, а коммутирующие конденсаторы подсоединены к общим точкам катодов и анодов тиристорно-диодных плеч в соответствующих фазах двух трехфазных мостов инверторов тока.

Заявляемое изобретение поясняется чертежом, на котором приведена принципиальная схема полупроводникового преобразователя.

Полупроводниковый преобразователь содержит трехфазный мостовой инвертор 1 со сглаживающими дросселями в цепи переменного тока, с выходами которого соединен непосредственный преобразователь частоты (НПЧ) 2, и тиристорный регулятор 3. Кроме того, в преобразователь введены второй трехфазный мостовой инвертор 4 тока, выполненный, также как первый, на основе тиристорно-диодных мостовых схем со сглаживающими дросселями в целях переменного тока и коммутирующими конденсаторами, отсеченными диодами от нагрузки, шесть вентилей в непосредственный преобразователь частоты 2, причем, непосредственный преобразователь частоты (НПЧ) 2 выполнен на основе двухфазных мостовых схем 2-1, 2-6, включенных в кольцевую схему выводами постоянного тока, и второй тиристорный регулятор 5, к выходам которого подсоединены тормозные резисторы 6. Трансформатор 7 подключен первичными обмотками к силовым входам переменного тока, а вторичными обмотками к выходам тиристорных регуляторов 3 и 5.

Полупроводниковый преобразователь работает следующим образом.

Два трехфазных автономных инвертора 1, 4 тока объединены коммутирующими конденсаторами, соответственно по фазам A, B, C в три однофазных инвертора тока, на выводах переменного тока A1-A2, B1-B2, С1-С2 которых формируются прямоугольные переменные напряжения повышенной частоты, например 400 Гц, со сдвигом на 120 эл. На силовые входы "+", "-" подается постоянное напряжение, например, от диодного выпрямителя, подключенного выводами переменного тока к промышленной сети 380 В, 50 Гц. Однофазные выходные напряжения автономных инверторов тока 1, 4 преобразуются НПЧ 2 в трехфазное регулируемое по амплитуде и частоте напряжение питания двигательной нагрузки с переменной частотой вращения. Трехфазное выходное напряжение формируется циклическим переключением выпрямительных мостов 2-1.2-6 в НПЧ 2. Амплитуда напряжения на силовых выходах a1, b1, c1 регулируется фазовым углом задержки включения тиристоров в мостовых схемах 2-1.2-6 в выпрямительном режиме работы. Каждая упомянутая мостовая схема работает в течение 120 эл. периода напряжения регулируемой частоты (например, 2-150 Гц) на выходе НПЧ 2.

За полупериод изменения тока в каждой фазе нагрузки a1, b1, c1 соответствующие тиристорные мосты 2-1.2-6 работают в выпрямительном режиме (возрастание тока в фазе нагрузки), затем в инверторном режиме (спадание тока нагрузки). При этом обмен реактивной мощностью между двигательной нагрузкой (асинхронный двигатель) и автономным инвертором (источник питания) происходит за счет накопления и отдачи реактивной мощности в сглаживающих дросселях, включенных в цепях переменного тока инверторов 1, 4. При наличии на силовых входах A1-A2, B1-B2, C1-C2 напряжений от источника переменного тока (например синхронного генератора в составе дизель генераторной установки) тиристоры в инверторах 1, 4 отключены и переменные напряжения от источника подаются на силовые входы НПЧ 2. При этом накопление и отдача реактивной мощности производится в электромагнитном генераторе, являющемся источником питания двигательной нагрузки.

При использовании полупроводникового преобразователя в системе двигательной нагрузки, содержащей несколько механизмов, необходимо исключать одновременную работу двигателей, либо включать в состав преобразователя дополнительные устройства. В качестве дополнительных устройств целесообразно использовать: регулируемое электрическое тормозное устройство на основе тормозных резисторов 6 и тиристорного регулятора 5 переменного напряжения, подключаемых к вторичной обмотке трехфазного согласующего трансформатора 7; тиристорный регулятор 3 переменного напряжения для подключения к дополнительным силовым выходам a2, b2, c2 двигательной нагрузки с ограниченным диапазоном регулирования частоты вращения вниз от номинального значения и вентиляторным моментом нагрузки (насосы, компрессоры, вентиляционные установки).

При неодновременной работе двигателей с широким диапазоном регулирования частоты вращения они подключаются к силовым выходам a1, b1, c1 через коммутирующие элементы. Применение заявляемого полупроводникового преобразователя эффективно в системе питания двигательной нагрузки передвижного бурового агрегата. При этом для передвижения бурового агрегата используется транспортное средство с дизель-генераторной установкой и частотно-регулируемым тяговым электродвигателем. Буровой агрегат содержащий механизмы вращателя, лебедки с частотно-управляемыми электроприводами и буровой насос может получать электропитание как от стационарной промышленной сети, так и от автономной дизель-генераторной установки.