преобразовательная система и способ управления ею

Формула изобретения

1. Преобразовательная система, содержащая последовательно соединенные источник постоянного напряжения, сглаживающий реактор и первый однофазный автономный инвертор, формирующий на выходе 2^N-ступенчатое знакопеременное напряжение, содержащий параллельно соединенные выходной мост, в плечи которого введены ключевые элементы, а в диагональ включена нагрузка и реактивно-ключевой фильтр, содержащий реактивные звенья и ключевые элементы, в том числе и исходной мостовой схемы первого ранга, формирующей двухступенчатое напряжение, выполненной по базовой мостовой схеме, диагональ которой и два диагонально-противоположных плеча образованы диагональным и плечевыми ключевыми элементами первого ранга, а два других диагонально-противоположных плеча образованы реактивными звеньями, и, кроме того, содержащий введенные последовательно одна за другой, начиная с исходной мостовой схемы первого ранга и в каждую из последующих мостовых схем ранга n, содержащую 2ⁿ, n = 2, 3 ... N - 1 реактивных звеньев соответственно, мостовые схемы с ключевыми диагональными и плечевыми элементами фильтра, соответствующего n + 1 ранга, причем все ключевые элементы выполнены в виде встречно-параллельного соединения двухоперационного однонаправленного ключа и диода, и каждый из диодов во всех контурах, образованных источником постоянного напряжения, сглаживающим реактором и диодами, всегда направлен встречно этому источнику, а реактивные звенья содержат конденсаторы, отличающаяся тем, что в систему дополнительно введены К - 1 аналогичных однофазных автономных инверторов, М непосредственных преобразователей частоты, содержащих ключи, причем все однофазные автономные инверторы соединены по входу согласно-последовательно с источником постоянного напряжения и между собой, каждый из реактивно-ключевых фильтров зашунтирован реактивным двухполюсником, содержащим конденсатор с емкостной реакцией на основную гармонику напряжения на нем, а сглаживающий реактор и последовательно соединенный с ним ключ зашунтированы зарядной цепью, выходы однофазных автономных инверторов, через их выходные фильтры, содержащие конденсаторы, трансформаторные обмотки многофазной трансформаторной системы и входные фильтры непосредственных преобразователей частоты, содержащие конденсаторы, присоединены к каждому из непосредственных преобразователей частоты, а выходы последних через их выходные фильтры присоединены к фазным сопротивлениям нагрузки.

2. Способ управления преобразовательной системой по п.1, в соответствии с которым, управляя первым однофазным автономным инвертором, контролируют момент перехода выходного тока через нуль, после чего через временной интервал, превышающий время запирания ключевых элементов зашунтированных диодами под током, открывают один или оба из диагональных ключевых элементов выходного моста, зашунтированных обесточенными диодами, контролируют момент перехода через нуль тока реактивно-ключевого фильтра, в интервалах полупериодов формирования разнополярных многоступенчатых чередующихся импульсов выходного напряжения открывают последовательно во времени диагональные ключевые элементы фильтра в порядке возрастания их ранга после первого после смены знака выходного напряжения момента перехода через нуль тока реактивно-ключевого фильтра, через временные интервалы, превышающие время запирания соответствующего ранга соответствующих плечевых ключевых элементов, открывают последовательно во времени плечевые ключевые элементы реактивно-ключевого фильтра в порядке убывания их ранга после второго после смены знака выходного напряжения момента перехода через нуль тока реактивно-ключевого фильтра, через временные интервалы, превышающие время запирания соответствующего ранга соответствующих диагональных ключевых элементов, производят циклическую перестановку в последовательности открытия во времени соответствующих как диагональных, так и плечевых ключевых элементов реактивно-ключевого фильтра одинакового ранга, отличающийся тем, что контролируют моменты перехода через нуль выходного тока и тока реактивно-ключевого фильтра остальных однофазных мостовых инверторов, управляют этими инверторами аналогично первому однофазному мостовому инвертору таким образом, что выходные напряжения всех однофазных мостовых инверторов образуют К-фазную систему напряжений, управляют непосредственными преобразователями частоты таким образом, что их выходные напряжения образуют М-фазную систему, в рабочих режимах системы прогнозируют моменты перехода через нуль токов входных фильтров и токов на выходах однофазных мостовых инверторов и в случаях возможного недостаточного опережающего сдвига любого из этих нулей относительно предельного положения ограничивают уменьшение сдвига, изменяя соответственно результатам прогноза углы управления ключами непосредственных преобразователей частоты относительно номинальных значений углов управления, а в режиме предварительного запуска инверторов заряжают от источника постоянного напряжения через зарядную цепь и диагональные диоды реактивно-ключевых фильтров все соединенные последовательно конденсаторы реактивно-ключевых фильтров однофазных автономных инверторов, а также и реактивных двухполюсников, шунтирующих реактивно-ключевые фильтры однофазных автономных инверторов, заряжают конденсаторы выходных фильтров однофазных автономных инверторов и входных фильтров непосредственных преобразователей частоты от конденсаторов реактивно-ключевых фильтров однофазных автономных инверторов до напряжений на конденсаторах выходных фильтров однофазных автономных инверторов, пропорциональных их величинам в один из моментов установившегося номинального режима, формируют соответствующие фазные напряжения на выходах однофазных автономных инверторов пониженной относительно номинальной частоты в интервале переходного процесса в элементах фильтров, повышают частоту фазных напряжения до номинальной, подключают сглаживающий реактор, непосредственные преобразователи частоты и нагрузку.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и, в частности, к преобразовательной технике.

Известны [1] многофазные преобразователи, собранные из однофазных мостовых инверторов и способы управления ими.

Известны [2] преобразовательная система и способ управления ею. Система содержит каналы, соединенные по входу параллельно, а по выходу последовательно, образованные высокочастотными однофазными инверторами, трансформаторами и диодными мостами, а также коммутатор. В соответствии со способом, используя каналы, выпрямленное напряжение инвертируют, трансформируют, выпрямляют, суммируют в однофазное напряжение ступенчатой квазисинусоидальной формы.

Известен [3] преобразователь без узлов искусственной коммутации - автономный инвертор с последовательно-параллельным реактивно-ключевым входным фильтром и с двухступенчатой квазисинусоидальной формой выходного напряжения, ключевые элементы которого могут быть реализованы на включаемых встречно-параллельно управляемом однонаправленном ключе - однооперационном тиристоре или транзисторе с пропорциональным управлением и неуправляемом диоде, и способ управления им.

Наиболее близкими по технической сущности является описание [4] и обобщающие результаты, патентуемые в [3], преобразователь напряжения и способ управления им. Преобразователь содержит последовательно соединенные источник постоянного напряжения, сглаживающий реактор и однофазный автономный инвертор, формирующий на выходе 2^N-ступенчатое знакопеременное напряжение, где N - одно из натуральных чисел. Инвертор содержит параллельно соединенные выходной мост, в плечи которого введены ключевые элементы, а в диагональ включена нагрузка, и фильтр, содержащий реактивные и ключевые элементы, в том числе и исходной схемы первого ранга, формирующей двухступенчатое напряжение, фильтр которой выполнен по базовой мостовой схеме, диагональ которой и два диагонально-противоположных плеча образованы диагональным и плечевыми ключевыми элементами первого ранга, а два других диагонально-противоположных плеча образованы реактивными звеньями. Кроме того, фильтр содержит введенные последовательно одна за другой, начиная с исходной схемы первого ранга, и в каждую из последующих схем ранга n, содержащую 2ⁿ, n = 2,3...N-1 реактивных звеньев соответственно, вместо каждого из реактивных звеньев базовые мостовые схемы с ключевыми диагональными и плечевыми элементами фильтра, соответствующего n+1 ранга. В соответствии со способом управления преобразователем, в котором каждый из инверторных ключевых элементов образован включенными встречно-параллельно однооперационным однонаправленным ключом и неуправленным ключом и неуправляемым диодом, контролируют момент перехода выходного тока через нуль, после чего через временной интервал, превышающий время запирания однооперационных однонаправленных ключей, зашунтированных диодами под током, открывают один или оба из диагональных однооперационных однонаправленных ключей выходного моста, зашунтированных обесточенными диодами, контролируют моменты перехода через нуль тока фильтра, в интервалах полупериодов формирования разнополярных многоступенчатых чередующихся импульсов выходного напряжения открывают последовательно во времени диагональные однооперационные однонаправленные ключи фильтра в порядке возрастания их ранга после первого после смены знака выходного напряжения момента перехода через нуль тока фильтра через временные интервалы, превышающие время запирания соответствующего ранга соответствующих плечевых однооперационных однонаправленных ключей, открывают последовательно во времени плечевые однооперационные однонаправленные ключи фильтра в порядке убывания их ранга после второго после смены знака выходного напряжения момента перехода через нуль тока фильтра через временные интервалы, превышающие время запирания соответствующего ранга соответствующих диагональных однооперационных однонаправленных ключей, производят циклическую перестановку в последовательности открытия во времени соответствующих как диагональных, так и плечевых однооперационных однанаправленных ключей фильтров.

Преобразователь и способ управления им, принятые за прототипы, имеют следующие недостатки.

1. Неудовлетворительные массогабаритные показатели преобразователя в области низких частот, обусловленные большими массами и габаритами фильтрового оборудования.

2. В ряде случаев неудовлетворительные динамические характеристики, обусловленные сравнительно большой величиной индуктивности входного сглаживающего реактора, которая в свою очередь предопределена большой по величине и низкочастотной переменной составляющей напряжения на этом реакторе.

Цель изобретения в предлагаемом устройстве - построение преобразовательной системы с улучшенными динамическими и массогабаритными характеристиками, оптимизация процессов коммутации двухоперационных однонаправленных ключей инверторов.

Поставленная цель в устройстве достигается тем, что в систему дополнительно, кроме первого инвертора-прототипа, введены K-1 аналогичных однофазных автономных инверторов, M непосредственных преобразователей частоты, а также соответствующее фильтровое и трансформаторное оборудование, причем все инверторы соединены по входу согласно-последовательно с источником постоянного напряжения и между собой, когда диоды, относящиеся ко всем инверторам, во всех контурах, образованных источником, сглаживающим реактором и диодами, всегда направлены встречно напряжению источника, каждый из реактивно-ключевых фильтров зашунтирован реактивным двухполюсником с емкостной реакцией на основную гармонику напряжения на нем, а сглаживающий реактор и последовательно соединенный с ним ключ зашунтированы зарядной цепью, выходы инверторов через выходные фильтры инверторов, трансформаторные обмотки и выходные фильтры непосредственных преобразователей присоединены к каждому из непосредственных преобразователей частоты, а выходы последних через фильтры присоединены к фазным сопротивлениям нагрузки.

Сопоставление с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается тем, что содержит не только последовательно соединенные источник постоянного напряжения, сглаживающий реактор и первый однофазный автономный инвертор, но и дополнительно введенные K-1 аналогичных первому однофазных автономных инверторов, M непосредственных преобразователей частоты, а также соответствующее фильтровое и трансформаторное оборудование, причем все инверторы соединены по входу согласно-последовательно с источником постоянного напряжения и между собой, когда диоды, относящиеся ко всем инверторам, во всех контурах, образованных источником, сглаживающим реактором и диодами, всегда направлены встречно напряжению источника, каждый из реактивно-ключевых фильтров зашунтирован реактивным двухполюсником с емкостной реакцией на основную гармонику напряжения на нем, а сглаживающий реактор и последовательно соединенный с ним ключ зашунтированы зарядной цепью, выходы инверторов через выходные фильтры инверторов, трансформаторные обмотки и входные фильтры непосредственных преобразователей присоединены к каждому из непосредственных преобразователей частоты, а выходы последних через фильтры присоединены к фазным сопротивлениям нагрузки.

В результате анализа технических решений можно утверждать, что отсутствуют другие известные технические решения с подобными признаками и известные технические решения не позволяют достичь положительных эффектов, достигаемых предлагаемым изобретением.

Цель изобретения в предлагаемом способе - улучшение динамических характеристик, обеспечение устойчивости.

Поставленная цель в способе достигается при реализации следующей последовательности действий. Управляя системой, контролируют моменты перехода через нуль выходного тока и тока фильтра не только первого, но и остальных инверторов, управляют этими инверторами аналогично первому таким образом, что выходные напряжения всех инверторов образуют K- фазную систему напряжений, управляют непосредственными преобразователями частоты таким образом, что их выходные напряжения образуют M-фазную систему. В рабочих режимах системы прогнозируют моменты перехода через нуль токов входных фильтров и токов на выходах инверторов и в случае возможного недостаточного опережающего сдвига любого их этих нулей относительно предельного положения ограничивают уменьшение сдвига, изменяя соответственно результатам прогноза углы управления ключами непосредственных преобразователей частоты относительно номинальных значений углов управления. В режиме предварительного запуска инверторов заряжают от источника постоянного напряжения через зарядную цепь и диагональные диоды фильтров все соединенные последовательно конденсаторы входных фильтров инверторов, а также и реактивных двухполюсников, шунтирующих входные фильтры инверторов, заряжают конденсаторы выходных фильтров инвертеров и входных фильтров непосредственных преобразователей от конденсаторов входных фильтров инверторов до напряжений на конденсаторах выходных фильтров инверторов, пропорциональных их величинам в один из моментов установившегося номинального режима, формируют соответствующие фазные напряжения на выходах инверторов пониженной относительно номинальной частоты в интервале переходного процесса в элементах входных и выходных фильтров, повышают частоту фазных напряжений до номинальной, подключают сглаживающий реактор, непосредственные преобразователи частоты и нагрузку.

В предложенной последовательности действий в отличие от прототипа контролируют моменты перехода через нуль выходного тока и тока фильтра не только первого, но и остальных инверторов, управляют этими инверторами аналогично первому таким образом, что выходные напряжения всех инверторов образуют K-фазную систему напряжений, управляют непосредственными преобразователями частоты таким образом, что их выходные напряжения образуют M-фазную систему, в рабочих режимах системы прогнозируют моменты перехода через нуль токов входных фильтров и токов на выходах инверторов и в случаях возможного недостаточного опережающего сдвига любого из этих нулей относительно предельного положения ограничивают уменьшение сдвига, изменяя соответственно результатам прогноза углы управления ключами непосредственных преобразователей частоты относительно номинальных значений углов управления, а в режиме предварительного запуска инверторов заряжают от источника постоянного напряжения через зарядную цепь и диагональные диоды фильтров все соединенные последовательно конденсаторы входных фильтров инверторов, а также и реактивных двухполюсников, шунтирующих входные фильтры инверторов, заряжают конденсаторы выходных фильтров инверторов и входных фильтров непосредственных преобразователей от конденсаторов входных фильтров инверторов до напряжений на конденсаторах выходных фильтров инверторов, пропорциональных их величинам в один из моментов установившегося номинального режима, формируют соответствующие фазные напряжения на выходах инверторов пониженной относительно номинальной частоты в интервале переходного процесса в элементах входных и выходных фильтров, повышают частоту фазных напряжений до номинальной, подключают сглаживающий реактор, непосредственные преобразователи частоты и нагрузку.

В результате анализа технических решений можно утверждать, что отсутствуют другие известные технические решения с подобными признаками - операциями предложенного способа, и известные операции не позволяют достичь положительных эффектов, достигаемых предлагаемым изобретением.

На чертеже представлена обобщенная схема преобразовательной системы. В этой схеме: 1 - источник постоянного напряжения 2 - сглаживающий реактор, 3, 4, 5 - автономные инверторы, образующие K-фазную систему, причем 3 - правый, 4 - второй, а 5 - K-й инвертор, 6, 7, 8 - выходные фильтры инверторов, 9 - многофазная трансформаторная система, которая в частных случаях может быть представлена как набором однофазных трансформаторов, так и многофазных трансформатором, обмотки которого могут быть соединены в звезду или многоугольник, 10 - многофазный входной фильтр многофазной системы непосредственных преобразователей частоты, 11 - многофазная система M непосредственных преобразователей частоты, 12 - выходной фильтр многофазной системы непосредственных преобразователей частоты, 13 - многофазная нагрузка, 14 - ключ для подключения преобразовательной системы к источнику в рабочих режимах, 15, 16, 17 - реактивные двухполюсники, шунтирующие реактивно-ключевые фильтры каждого из инверторов, 18 - зарядная цепь, 19 - 24 - реактивные элементы простейшего варианта схемы выходных фильтров инверторов, 25 - 30 - реактивные элементы простейшего варианта схемы двухполюсников, 31 - тиристор, 32 - резистор, 33 - индуктивность простейшего варианта зарядной цепи.

В соответствии с предлагаемым устройством в преобразовательную систему дополнительно, кроме первого инвертора, введены K-1 аналогичных однофазных автономных инверторов и M непосредственных преобразователей частоты, а также соответствующее фильтровое и трансформаторное оборудование. Все ключевые элементы инверторов выполнены в виде встречно-параллельного соединения двухоперационного однонаправленного ключа и неуправляемого диода. Все инверторы системы соединены по входу согласно-последовательно с источником постоянного напряжения и между собой, когда диоды, относящиеся ко всем инверторам, во всех контурах, образованных источником, входным сглаживающим реактором и диодами, всегда направлены встречно напряжению источника, каждый из реактивно-ключевых фильтров зашунтирован реактивным двухполюсником с емкостной реакцией на основную гармонику напряжения на нем, а сглаживающий реактор и последовательно соединенный с ним ключ зашунтированы зарядной цепью, выходы инверторов через выходные фильтры инверторов, трансформаторные обмотки и входные фильтры непосредственных преобразователей присоединены к каждому из непосредственных преобразователей частоты, а выходы последних через фильтры присоединены к фазным сопротивлениям нагрузки.

В соответствии с предлагаемым способом контролируют моменты перехода через нуль выходного тока и тока фильтра не только первого, но и каждого из остальных инверторов, управляют этими инверторами аналогично первому таким образом, что выходные напряжения всех инверторов образуют K-фазную систему напряжений, управляют непосредственными преобразователями частоты таким образом, что их выходные напряжения образуют M-фазную систему. В рабочих режимах системы прогнозируют моменты перехода через нуль токов входных фильтров и токов на выходах инверторов и в случаях возможного недостаточного опережающего сдвига любого их этих нулей относительно предельного положения ограничивают уменьшение сдвига, изменяя соответственно результатам прогноза углы управления ключами непосредственных преобразователей частоты относительно номинальных значений углов управления в номинальном стационарном режиме. В режиме предварительного запуска инверторов заряжают от источника постоянного напряжения через зарядную цепь и диагональные диоды фильтров все соединенные последовательно конденсаторы входных фильтров инверторов, а также и реактивных двухполюсников, шунтирующих входные фильтры инверторов, заряжают конденсаторы выходных фильтров инверторов и входных фильтров непосредственных преобразователей от конденсаторов входных фильтров инверторов до напряжений на конденсаторах выходных фильтров инверторов, пропорциональных их величинам в один из моментов установившегося номинального режима, формируют соответствующие фазные напряжения на выходах инверторов пониженной относительно номинальной частоты в интервале переходного процесса в элементах входных и выходных фильтров, повышают частоту фазных напряжений до номинальной, подключают сглаживающий реактор, непосредственные преобразователи частоты и нагрузку.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. В рабочих режимах ключ 14 замкнут и на все автономные инверторы 3, 4, 5 по входам, последовательно присоединенным к источнику 1, подается постоянное напряжение источника, которое преобразуется в переменное K-фазное высокочастотное напряжение через выходные фильтры 6, 7, 8 инверторов и обмотки многофазной трансформаторной системы 9, которая в частных случаях может быть представлена системой однофазных трансформаторов или многофазным трансформатором с соединенными в звезду или многоугольник обмотками, подается на входы M непосредственных преобразователей частоты, объединенных в блок 11, на выходе которого формируется M-фазная система низкочастотных напряжений. Очевидно, что возможно введение в систему нескольких НПЧ-блоков, подобных блоку 11. Далее низкочастотное напряжение фильтруется блоком 12 выходных фильтров непосредственных преобразователей и подается на блок 13 многофазной нагрузки. Жирные соединительные линии между блоками 9 - 13 символизируют возможные многофазные связи между ними.

В рабочих стационарных режимах при неизменной нагрузке, не превышающей номинальной, обеспечивается оптимальная коммутация всех управляемых ключей всех инверторов. Это может быть реализовано при соответствующем выборе параметров фильтрового оборудования и реактивных двухполюсников 15, 16, 17 таким образом, чтобы имела место естественная коммутация всех двухоперационных однонаправленных ключей инверторов преобразовательной системы при номинальных углах управления ключами инверторов и непосредственных преобразователей.

В рабочих динамических режимах при изменении нагрузки в токах присутствуют переходные составляющие. Поэтому естественная коммутация не всегда возможна, двухоперационные ключи некоторых или всех инверторов должны коммутироваться запирающим импульсом в цепи управления. Аналогичная ситуация имеет место и в пусковых режимах преобразовательной системы, когда двухоперационные ключи некоторых или всех инверторов также должны коммутироваться запирающим импульсом в цепи управления.

В случае выполнения всех ключевых элементов всех инверторов в виде встречно-параллельного соединения однооперационного однонаправленного ключа и неуправляемого диода инверторы преобразовательной системы могут работать в номинальном стационарном режиме за счет вышеописанной реализации естественной коммутации управляемых ключей. В рабочих динамических режимах и пусковом режиме для предотвращения опрокидывания инверторов необходимы специальные алгоритмы управления.

Рассмотрим вопрос устойчивости в рабочих динамических режимах более детально. Как следует из принципа действия инверторов, сдвиг нулей выходного тока и тока фильтра каждого инвертора в сторону отставания снижает устойчивость инверторов, а в сторону опережения увеличивает. Доминирующие первые гармоники токов на выходе каждого из инверторов в первую очередь влияют на положение нулей и могут быть представлены в виде суммы двух составляющих. Первая составляющая есть неизменная при стабильном напряжении источника составляющая, обусловленная выходными фильтрами 6, 7, 8 инверторов и входными фильтрами 10 непосредственных преобразователей. По условию выбора параметров фильтрового оборудования эта составляющая имеет емкостной характер. Вторая, в динамических рабочих режимах нестационарная составляющая обусловлена входными токами непосредственных преобразователей и может иметь активно-индуктивный характер, как, например, в случае применения непосредственных преобразователей с естественной коммутацией. В динамических рабочих режимах при неизменном напряжении на выходе непосредственных преобразователей с ростом тока нагрузки 13 вторая составляющая также увеличивается, что может привести к недопустимому малому опережающему сдвигу нулей вышеуказанных токов инверторов. Ограничение второй составляющей в необходимых временных интервалах динамических рабочих режимов всегда возможно при снижении напряжений на выходах непосредственных преобразователей, так как при этом снижаются их выходные, а следовательно, и входные токи.

Поэтому с целью предотвращения опрокидывания инверторов в динамических рабочих режимах в соответствии с предлагаемым способом прогнозируют моменты перехода через нуль токов входных фильтров и токов на выходах всех инверторов и в случаях возможного прогнозируемого недостаточного опережающего сдвига любого из этих нулей относительно предельного положения ограничивают уменьшение сдвига, изменяя в соответствии с результатами прогноза углы управления ключами непосредственных преобразователей частоты относительно номинальных значений углов управления таким образом, чтобы обеспечивался необходимый по условиям устойчивости емкостной сдвиг выходных токов каждого из инверторов.

В режиме прямого предварительного неподготовленного пуска системы, так же как и в динамических рабочих режимах, могут иметь место опрокидывания инверторов, обусловленных переходными составляющими токов фильтров 5, 16, 17, 10, 12 и нагрузки 13. Поэтому рабочему режиму должен предшествовать специально организованный процесс предварительного запуска инверторов системы при отключенной нагрузке, состоящий из ряда последовательных операций. В соответствии с предлагаемым способом в режиме предварительного запуска инверторов заряжают от источника постоянного напряжения 1 через зарядную цепь 18 и диагональные диоды фильтров все соединенные последовательно конденсаторы всех входных фильтров инверторов 3, 4, 5, а также и реактивных двухполюсников 15, 16, 17, шунтирующих входные фильтры инверторов. Далее заряжают конденсаторы 20, 22, 24 выходных фильтров инверторов 3, 4, 5 и входных фильтров 10 непосредственных преобразователей 11 от частично заряженных конденсаторов входных фильтров инверторов до напряжений на конденсаторах выходных фильтров инверторов, пропорциональных их величинам, в один из моментов установившегося номинального режима. После этого формируют соответствующие фазные напряжения на выходах инверторов пониженной относительно номинальной частоты в интервале переходного процесса в элементах входных и выходных фильтров. Затем повышают частоту фазных напряжений до номинальной, подключают сглаживающий реактор, замыкая ключ 14, непосредственные преобразователи частоты и нагрузку. Отметим, что простейший вариант зарядной цепи содержит однооперационный тиристор 31, резистор 32 и индуктивность 33 и позволяет осуществить зарядку последовательно соединенных конденсаторов всех входных фильтров инверторов при включении тиристора 31 через диоды фильтров. Можно показать, что, если конденсатор фильтра заряжен до номинального напряжения, то суммарное напряжение на всех конденсаторах входных фильтров инверторов в номинальном режиме примерно в полтора раза превышает напряжение постоянного источника. Таким образом, колебательная зарядка через зарядную цепь 18 позволяет зарядить все конденсаторы входных фильтров инверторов до напряжений, превышающих номинальные. Поэтому всегда возможна к моменту начала зарядки конденсаторов 20, 22, 24 фильтров как полная зарядка и даже перезарядка конденсаторов входных фильтров инверторов, так и для снижения ударных зарядных токов в силу ограниченности реакторов 19, 21, 23 частичная их зарядка. С целью иллюстрации формирования напряжений на конденсаторах выходных фильтров инверторов, пропорциональных их величинам в один из моментов установившегося номинального режима, рассмотрим конкретный пример при N=2, K=3. В этом случае высокочастотные четырехступенчатые квазисинусоидальные напряжения на выходах инверторов образуют трехфазную систему. Выберем такой момент стационарного режима, при котором напряжение первого инвертора 3 положительно и максимально, а напряжения второго 4 и третьего 5 инверторов отрицательны и равны половине максимального. Учтем, что все напряжения на конденсаторах входных фильтров инверторов одинаковы, и предположим, что эти напряжения практически неизменны в интервале зарядки от них конденсаторов последующих фильтров. Тогда, включая диагональный тиристор первого ранга фильтра первого инвертора и соответствующие знаку выходного напряжения управляемые ключи моста, можем зарядить конденсатор 20 до удвоенной суммы двух напряжений на конденсаторе входного фильтра инвертора. При этом будет иметь место последовательно-параллельное соединение четырех конденсаторов входного фильтра первого инвертора 3. Аналогичным образом, осуществляя зарядку только через плечевые диоды фильтров, можем зарядить конденсаторы 22, 24 до соответствующего знака удвоенного напряжения на конденсаторе входного фильтра, так как все четыре конденсатора каждого из входных фильтров инверторов 4 или 5 будут соединены параллельно. При формировании фазных напряжений свободные составляющие токов инверторов будут предопределяться только энергетическим разбалансом в сравнении со стационарным режимом в реактивных элементах шунтирующих цепей 15, 16, 17 и в реакторах 19, 21, 23. Отметим, что с ростом числа ступеней в выходном напряжении инвертора может снижаться величина индуктивности реакторов 19, 21, 23. В то же время практически емкостной сдвиг тока нагрузки инверторов создает в этом режиме максимально возможный запас устойчивости инверторов. При недостаточности этого запаса возможно снижение частоты выходного напряжения инверторов относительно номинальной. Это позволяет уменьшить переходную составляющую тока фильтров 15, 16, 17, обусловленную в первую очередь несоответствием начальных напряжений на конденсаторах 26, 28, 30 напряжениям в номинальном установившемся режиме. Затем возможны: плавное повышение частоты фазных напряжений до номинальной, завершение зарядки конденсаторов выходных фильтров инверторов, переход к рабочим режимам при подключении в работу непосредственных преобразователей частоты и нагрузки.

Предлагаемые устройство и способ обладают следующими достоинствами.

1. Улучшенные динамические характеристики, обусловленные сравнительно малой необходимой величиной индуктивности входного сглаживающего реактора. Величину реактора предопределяет амплитуда и частота основной гармоники переменной составляющей напряжения на нем. В отличие от прототипа амплитуда сравнительно мала из-за многофазности системы, а частота увеличена как по причине многофазности, так и из-за высокочастотности автономных инверторов.

2. Улучшенные массогабаритные показатели фильтрового оборудования преобразовательной системы, обусловленные его работой на повышенной частоте.

3. Оптимизированы режимы работы двухоперационных однонаправленных ключей инверторов - возможна их естественная мягкая коммутация в номинальном стационарном режиме. В случае реализации предлагаемого алгоритма управления в рабочих динамических режимах и пусковом режиме отсутствуют сверхтоки и реализована возможность мягкой естественной коммутации для однооперационных управляемых ключей как в стационарных, так и в динамическаих режимах. Это позволяет в важном частном случае применения непосредственных преобразователей с естественной коммутацией реализовать всю многофазную преобразовательную систему на однооперационных тиристорах.

Литература

1 Чиженко И.М., Руденко В.С., Сенько В.И. Основы преобразовательной техники. М., "Высшая школа", 1974, с. 296.

2. А.С. СССР N 760335, кл. H 02 M 5/04, 1980.

3. Патент Российской Федерации RU 2032263 C1, кл. 6 H 02 M 7/521, 27.03.95 бюл. N 9.

4. Заявка во ВНИИГПЭ N 95117677/07/030668, приоритет от 17 октября 1995 г.