Багатоблочний igb транзисторний перетворювач частоти

Реферат: Багатоблочний IGB транзисторний перетворювач частоти містить вхідний трансформатор, вихідні обмотки якого підключені до послідовно з'єднаних блоків, що утворюють фазу й містять кожен у свою чергу діодний випрямляч конденсатор-накопичувач і однофазний ІGВ транзисторний інвертор, а також містить вихідні LC-фільтри в кожній фазі. LC-фільтри в кожній фазі перетворювача приєднані тільки до одного блока, що виконує ШІМ напруги. UA 81041 U (54) БАГАТОБЛОЧНИЙ IGB ТРАНЗИСТОРНИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ ЧАСТОТИ UA 81041 U UA 81041 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Пристрій належить до напівпровідникової електротехніки й може бути використаний для частотного регулювання високовольтних асинхронних і синхронних електродвигунів. Відома схема однотрансформаторного багатоблочного IGB транзисторного перетворювача частоти керованої за допомогою широтно-імпульсної модуляції (ШІМ) напруги всіх блоків [Бедфорд В., Хофт Р. Теория автономных инверторов. Пер. с англ. под ред. И.В. Антика. - М.: "Энергия", 1969. - 280 с.]. Недоліками такого пристрою є високі динамічні втрати в IGB транзисторах при ШІМ і значна маса й об'єм елементів фільтра. Пристрій, найбільш близький до пропонованого (найближчий аналог), наведений на фіг. 1 для однієї фази, інші фази аналогічні. 1 - трансформатор; 2 - блоки перетворювача частоти; 3 - діодний випрямляч; 4 - конденсатор-накопичувач; 5 - інвертор; 6 - IGB транзисторні модулі; х, у - вихідні фази блоків; 7 - фільтровий дросель; 8 - фільтровий конденсатор; A - вихідна фаза перетворювача частоти, до якої підключена відповідна фаза двигуна; 0 - нуль, спільний для всіх фаз перетворювача. Блоки 2 за допомогою ШІМ напруги IGB транзисторами 6 інвертора 5 формують на виходах ХУ напругу синусоїдальної конфігурації. Сумарна висока напруга подається через Г-подібний LC-фільтр на вихід фази AT. Таким чином, ШІМ діє у всьому діапазоні формування синусоїди вихідної напруги, що приводить до значних динамічних втрат в IGB транзисторних модулях. Крім цього фільтр знаходиться під впливом високовольтних модульованих імпульсів, для обмеження яких потрібні потужні конденсатори 8 і дроселі 7 великої маси й об'єму. В основу корисної моделі поставлена задача зниження динамічних втрат в IGB транзисторних модулях, завдяки чому підвищується коефіцієнт корисної дії перетворювача й зменшується маса й об'єм радіаторів, що відводять тепло від IGB транзисторів, а також зниження маси й об'єму елементів фільтра. Поставлена задача вирішується тим, що багатоблочний IGB транзисторний перетворювач частоти, що містить вхідний трансформатор, вихідні обмотки якого підключені до послідовно з'єднаних блоків, що утворюють фазу й містять кожен у свою чергу діодний випрямляч, конденсатор-накопичувач і однофазний IGB транзисторний інвертор, а також містить вихідні LCфільтри в кожній фазі, що відрізняється тим, що LC-фільтри в кожній фазі перетворювача приєднані тільки до одного блока, що виконує ШІМ напруги. Суть корисної моделі пояснюється кресленням на фіг. 2, де показана принципова схема фази перетворювача, спосіб керування яким ілюструють діаграми напруг на фіг. 3-6. Перетворювач містить вхідний трансформатор 1, вихідні обмотки якого живлять блоки 2, у загальному випадку числом n. Вихідні фази блоків з'єднані послідовно, утворюючи загальну вихідну фазу, наприклад ЛТ, перетворювача. Кожен блок складається з діодного випрямляча 3, накопичувального конденсатора 4 і інвертора 5, IGB транзистори 6 якого утворюють однофазний міст. У режимі ШІМ напруги діє тільки один блок - перший 2.1, до виходу X1-У1 якого приєднаний Г-подібний фільтр модулюючої частоти, що містить дросель 7 і конденсатор 8. Перетворювач частоти діє в такий спосіб: ШІМ напруги здійснює тільки один блок перетворювача протягом усього процесу, наприклад завжди перший блок 2.1. Він формує на виході X1-У1 модулюючі імпульси амплітудою Ud, де Ud - випрямлена напруга на конденсаторі 4 блока, що живить інвертор 5. Вихідний імпульс утворюється при включенні пари IGB транзисторів 6.1-6.2 або 6.3 6.4. Нульовий рівень утворюється при відключенні одного із зазначених IGB транзисторів, наприклад 6.2. Тоді інвертор 5 проводить струм ланцюгом "У1→діод модуля 6.3→транзистор модуля 6.1→Х1" (нульовий етап блока). Тривалість модулюючих імпульсів задається таким чином, щоб інтегральна крива сумарної вихідної напруги фази перетворювача мала задану форму, наприклад трапецеїдальну, яка краща синусоїдальної за енергетичними показниками. 1 UA 81041 U Максимальна амплітуда вихідної напруги Ud розбита на n щаблів за числом блоків, U максимум кожного щабля Ud  d . На першому діє тільки перший блок, усі інші перебувають n у нульовій позиції. Перший блок регулює амплітуду вихідної напруги U1. від 0 до Ud за US 5 допомогою ШІМ, фіг. 3, витримуючи закон частотного регулювання f  const , де S US  Ud - номінальне значення амплітуди фазної напруги двигуна; fS 10 15 20 25 30 35 40 1 - номінальне значення частоти и періоду напруги двигуна. TS Toді, ilU d    nTS   const ,    il  де i  0.... 1 - плавно мінливий рівень амплітуди проміжного значення напруги; l  1....n число задіяних блоків (на фіг. 3) l  1 ; i  Ud  Ui , макс Ui 1  Ud . Характерною рисою трапецієподібної кривої напруги на максимумі є відсутність модуляції на інтервалі  nT S ... nT S  , фіг. 4, завдяки чому на третину знижуються динамічні втрати в IGB  6 3    транзисторах інвертора. Нарощування рівня вихідної напруги на другому щаблі відбувається введенням у роботу другого блока, наприклад 2.2, усі інші вище другого залишаються в нульовій позиції. Другий блок утворює напруга U2 прямокутної повної форми без ШІМ амплітудою Ud, a перший блок за допомогою ШІМ регулює сумарну вихідну напругу Us2 від Ud до 2Ud, доповнюючи криву до трапеції, фіг. 5, де модулюючі імпульси для простоти зображення не показані, а наведені інтегральні криві. Оскільки другий інвертор формує повну прямокутну криву напруги без ШІМ, динамічні трати від модуляції IGB транзисторів у ньому відсутні. Подальше збільшення вихідної напруги фази перетворювача частоти відбувається введенням у роботу наступних блоків по черзі, блоки, що вводяться в роботу, формують напругу прямокутної конфігурації аналогічно описаному, фіг. 6 ілюструє спосіб керування блоками на прикладі l = 3 задіяних. Таким чином, при формуванні максимальної вихідної напруги US max динамічні втрати в IGB транзисторах будуть в n раз меншими ніж у найближчому аналозі. Для рівномірного завантаження IGB транзисторів передбачається циклічне живлення блоків при введення їх у роботу від півхвилі до півхвилі вихідної напруги. Так, на другому щаблі передбачається наступний цикл черговості блоків: перша півхвиля - 2.1 + 2.2; друга півхвиля - 2.1+2.3; третя півхвиля - 2.1 + 2.4 і т.д. На максимумі циклічність така: перша півхвиля - 2.1 + 2.2 + 2.3 +… +2.n; друга півхвиля - 2.1 + 2.3+2.4 +. … + 2.n+2.2; остання півхвиля - 2.1+2.n + 2.2 + … + 2.(n-1). Оскільки вихідний фільтр високої частоти приєднаний до блока, здійснюючого ШІМ, на нього впливають модулюючі імпульси в n разів меншої амплітуди, ніж в найближчому аналозі, внаслідок чого суттєво знижуються маса й об'єм елементів фільтра конденсатора й дроселя. Таким чином, корисна модель у порівнянні із найближчим аналогом має наступні переваги: - менша маса й об'єм фільтрового конденсатора й дроселя, радіаторів; - охолоджувачів напівпровідникових приладів, конденсаторів накопичувачів; - вищий коефіцієнт корисної дії перетворювача частоти. 2 UA 81041 U 3 UA 81041 U 4 UA 81041 U 5 UA 81041 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Багатоблочний IGB транзисторний перетворювач частоти, що містить вхідний трансформатор, вихідні обмотки якого підключені до послідовно з'єднаних блоків, що утворюють фазу й містять кожен у свою чергу діодний випрямляч конденсатор-накопичувач і однофазний ІGВ транзисторний інвертор, а також містить вихідні LC-фільтри в кожній фазі, який відрізняється тим, що LC-фільтри в кожній фазі перетворювача приєднані тільки до одного блока, що виконує ШІМ напруги. Комп’ютерна верстка С. Чулій Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6