Трехфазный умножитель частоты с непосредственной связью

 

ТРЕХФАЗНЫЙ УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ С НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ СВЯЗЬЮ, включакиций трехфазный тр.ансформатор и управляемые мостовые выпрямители, пи одному входу которых присоединено к выводам основных вторичных обмоток, а выходы всех выпрямителей соединены согласно в замкнутый треугольник, вершины которого образуют выходные зажимы, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения путем расширения диапазона выходных частот, основные вторичные обмотки трансформатора соединены в звезду, а введенный дополнительный трехфазный комплект вторичных обмоток соединен с введенными в основные обмотки отводами по схеме зигзаг, § причем к выводам последнего, на которых образуется дополнительная система (Л напряжений, сдвинутая по фазе по отношению к основной на угол Л/2, присоединены вторые входы вьшрямителей, которые вьтолнены трехфазными, а образованные в результате этого третьи их входы объединены и подключены к нулевой точке упомянутой звезды обмоток . 4 О) ю 4i

0% (11) СОЮЗ СОВЕТСНИХ

С )Щ4АЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН 1511 Н 02 М 5/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3430407/24-07 (22) 03.05.82 (46) 23.07.84. Бюл. № 27 (72) А.А. Пястолов и В.А. Кобозев (71) Челябинский ордена Трудового . Красного Знамени институт механизации и электрификации сельского хозяйства (53) 621.314.27(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР . № 47!642, кл. Н 02 M 5/16, 1974, 2, Авторское свидетельство СССР . № 486434, кл. Н 02 M 5/16, 1974.

3. Авторское свидетельство СССР

¹ 549868, кл. Н 02 И 5/15, 1975.

4. Авторское свидетельство СССР № 577624, кл. Н 02 И 5/16, 1976.

5. Авторское свидетельство СССР № 758428, кл. Н 02 И 5/16, 1977.

6. Авторское свидетельство СССР

¹ 725163, кл. Н 02 N 5/16, 1977. (54) (57) ТРЕХФАЗНЫЙ УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ С НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ СВЯЗЬЮ, включающий трехфазный трансформатор и управляемые мостовые выпрямители, пб одному входу которых присоединено к выводам основных вторичных обмоток, а выходы всех выпрямителей соединены согласно в замкнутый треугольник, вершины которого образуют выходные зажимы, отличающийся тем, что, с целью расширения области приме нения путем расширения диапазона выходных частот, основные вторичные обмотки трансформатора соединены в звезду, а введенный дополнительный трехфазный комплект вторичных обмоток соединен с введенными в основные обмотки отводами по схеме зигзаг, причем к выводам последнего, на которых образуется дополнительная система напряжений, сдвинутая по фазе по отношению к основной на угол Ji/2, присоединены вторые входы выпрямителей, которые выполнены трехфаэными, а образованные в результате этого третьи их входы объединены и подключены к нулевой точке упомянутой звезды обмоток.

1104624

Изобретение относится к преобразователям частоты, в частности к умножителям с непосредственной связью, и предназначено преимущественно для питания электроприводов ручного ин5 струмента, стригальных машинок, рассчитанных на частоту 200 Гц. Кроме того, оно может найти применение для питания электродвигателей деревообрабатывающих станков, безредукторных центрифуг и других потребителей тока частотой 100 и 200 Гц.

Известны умножители частоты ферромагнитного типа, содержащие ферромагнитные элементы с цепями вынужденного подмагничивания f1 ) v f23.

Недостатками этих устройств являются плохие массогабаритные показатели, сложность конструкции и ограниченный диапазон выходных частот, что обусловлено большим числом ферромагнитных элементов, имеющих значительную индуктивность, что обуславливает принципиальную неработоспособность этих устройств без применения емкост- ной компенсации, усложняющей конструкцию и ограничивающий зону устойчивой работы.

Известны также умножители трансформаторного типа, содержащие трансфор30 маторные элементы в сочетании с тирис торами )3)- (5).

Недостатком этих умножителей является сложность конструкции, а также то, что диапазон выходных частот ограничивается одним определенным значением. Это обусловлено тем, что на выходе этих устройств имеются трансформаторы. Для получения других частот необходимо изменение конструкции.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является трехфазный удвоитель частоты, который содержит трехфазный трансформатор, к каждой из вторичных обмоток которого подключен однофазный управляемый выпрямитель, причем выводы всех выпрямителей соединены согласно в замкнутый треугольник, к вершинам которого, образующим выводные зажимы, присоединяется трехфазная нагрузка, При этом управляемые вентили включаются попарно со сдвигом.по частоте питающих напряжений. Устрой-ство имеет наиболее высокие технико- 5 экономические показатели, поскольку умножение частоты осуществляется непосредственно на нагрузке (6 3.

Недостатком известного устройства, является ограниченность диапазона выходных частот, что сужает область его использования.

Целью изобретения является расширение диапазона выходных частот.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, которое содержит трехфазный трансформатор и управляемые мостовые выпрямители, по одно му входу которых присоединено к выводам основных вторичных обмоток, а выходы соединены согласно в замкну— тый треугольник, вершины которого образуют выходные зажимы, основные вторичные обмотки трансформатора соединены в звезду, а введенный дополнительный трехфазный комплект вторичных обмоток соединен с введенным в основные обмотки отводами по схеме зигзаг, причем к выводам последнего, на которых образуется дополнительная система напряжений, сдвинутая по фазе по отношению к основной на угол Л/2, присоединены вторые входы выпрямителей, которые выполнены трехфазными, а образованные в результате этого третьи их входы объединены и подключены к нуле-. вой точке упомянутой звезды обмоток.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема трехфазного умножителя частоты с непосредственной связью и векторная диаграмма вторичных напряжений трансформатора; на фиг. 2а — общая блок-схема системы управления одним выпрямителем; на фиг. 2б — блок †схема системы управления вентилями; на фиг. За — временные диаграммы напряжений на входе управляемых выпрямителей; на фиг. Зб, в, г — временные диаграммы, характеризующие закон управления вентилями; на фиг. 4а, б, в— напряжения на выходе каждого из выпрямителей; на фиг. 4г, д, е — выходные напряжения трехфазного умножителя частоты с непосредственной связью для каждой из фаз нагрузки.

Трехфазный умножитель частоты с непосредственной связью (фиг. 1) включает три управляемых выпрямителя 1-3, состоящие из вентилей 4-9, 10-15 и

16-21 соответственно, соединенных каждый по комбинированной схеме, причем выходы всех выпрямителей соединены согласно в замкнутый треугольник, вершины которого А, В2, С образуют выходные зажимы для подключения трехфазной нагрузки Z, Z>, Z соответственно, например, двигателя, трехфазз 11046 ный трансформатор 22, имеющий основные обмотки 23, 26, 29, соединенные в звезду, к выводам которой А, В„ и С„; образующим основную систему напряжений, присоединены общие точки соединения вентилей 4 и 5, 10 и 11, 16 и 17 соответственно, и соединенные между собой согласно по схеме зигзаг вспомогательные вторичные обмотки 24 и 31, 27 и 25, 30 и 28 соот- 1р ветственно, причем выводы зигзага А„, f

В, С„, образующйе дополнительную систему напряжений, сдвинутую по отношению к основной на 90 эл.град., присоединены к общим точкам соединения вентилей 6 и 7, 12 и 13, 18 и 19 соответственно, а общие точки соединения вентилей 8 и 9, 14 и 15, 20 и 21 объединены и присоединены к нулевой точке звезды. 20

Система управления вентилями (фиг. 2а) содержит входное устройство 32, общее для всех каналов управления и шести блоков 33-38 управления мостовыми однофазными выпрями- 25 телями, причем каждый из них синхронизируется по соответствующему ему входному напряжению. Системы управления выпрямителями 1-3 абсолютно идентичны и состоят каждая из четырех каналов управления. Каждый канал управления включает фазосдвигающее устройство 39, усилитель-формирователь

40 импульса, выходное устройство 41.

На каждый канал упРавления подается 35 соответствующее синхронизирующее напряжение от входного устройства 32.

Для выпрямителя 1, например, канал управления вентилями 4 и 9 синхронис зируется по напряжению ПА, канал 4р

10 управления вентилями 5 и 8 †.по нас пряжению Uð,, канал управления венс тилями 6 и 9 — по напряжению У, канал управления вентилями 7 и 8 — по с напряжению U zA

Во входном устройстве 32 формируется система синхронизирующих напряжений, которые распределяются по . соответствующим каналам управления.

Входное устройство может быть выполнено, например, в виде многообмоточного трехфазного или группового трансформатора.

Фазосдвигающее устройство 39 обеспечивает необходимый сдвиг во времени управляющего импульса относительно напряжения питания.

Усилитель-формирователь 40 импульса служит для усиления и предвари24 4 тельного формирования импульса управления.

Выходное устройство 41 окончатель" но формирует импульс управления и обеспечивает получение на выходе двух синхронныХ импульсов. Оно может быть выполнено, например, в виде быстронасыщающегося трансформатора с двумя вторичными обмотками.

Построение системы управления вентилями по блок-схеме (фиг. 2б) позволяет реализовать многоканальный способ управления выпрямителями.

Принцип действия трехфазного умножителя частоты с непосредственной связью заключен в следующем. Выпрямители 1-3 включаются поочередно (фиг. За) в соответствии с общим алгоритмом управления (фиг. Зб, в, r) через четверть периода входного напряжения, причем нагрузкой каждого из выпрямителей 1-3 всегда является одHB c MB плечей нагрузки Z + Zñ

ЕС + Е ; Z + Ед соответственно (фиг. 4а, б, в) . Таким образом, выпрямитель 1 всегда формирует положительную полуволну напряжения на плече нагрузки Z и отрицательную — на плече нагрузки Zc в соответствии с направлением, указанным на фиг. 1. Выпрямитель 2 всегда формирует положительную полуволну напряжения на плече нагрузки Ес и отрицательную — на плече нагрузки Е в соответствии с наь правлением, указанным на фиг. 1. Выпрямитель 3 всегда формирует положительную полуволну напряжения на плече нагрузки Z и отрицательную — на

6 плече нагрузки Ед в соответствии с направлением, указанным на фиг. 1.

Последовательность включения пар вентилей при этом следующая (фиг. Зб, в, г): 4 и 9, 14 и 13, 20 и 17, 6 и 9, 10 и 15, 20 и 19, 8 и 5, 12 и 15, 16 и 21, 8 и 7, 14 и 11, 18 и 21.

Таким образом непосредственно на нагрузке формируется напряжение учетверенной частоты, показанное на фиг4г, д, е для случая активно-индуктивной нагрузки.

Практически для всех двигателей коэффициент мощности при работе измеряется в пределах 0,2-0,9. В этом случае при увеличении угла управления вентилями . о(, отсчитываемого от начала перехода через нуль соответствующего напряжения питания, угол выключения вентилей, неуправляемых по выключению (практически весь1104

3 ма и весьма близкий к моменту уменьшения тока до нуля) мало изменяется при изменении характера нагрузки.

Так, при о . 160 и изменении сов М в указанных пределах угол выключения изменяется от 192 до 196 поэтому в трехфазном умножителе частоты с непосредственной связью используется естественная коммутация вентилей, что упрощает как силовую часть, так и систему управления.

Трехфазный умножитель частоты с непосредственной связью может выполняться на основе функциональных блоков» За основу могут быть приняты стандартные выпрямители и системы управления ими, позволяющие осуществить регулирование достаточной .глубины, и трехфазный трансформатор. Вспо-. могательные вторичные обмотки 24, 25, о

27, 28, 30 и 31 добавляются без перемотки основных вторичных обмоток трансформатора. Отношение числа витков в основных вторичных обмотках 23, 26, 29 к числу витков в обмотках 25, 27, 29 и к числу витков в обмотках

25, 28, 31 равно 1,0:0,16:0,58 соответственно (фиг. 1). Обмотки вспомо624 гательного комплекта рассчитываются на токи вдвое меньшие, чем основные.

Помимо основного назначения устройство может использоваться в качестве трехфазного удвоителя частоты. Зто следует иэ того, что при отсоединении дополнительной системы напряжений от входов выпрямителей схема устройства будет соответствовать схеме известного устройства.

Кроме того, в случае необходимости каждый из выпрямителей может использоваться по своему прямому назначению для получения постоянного напряжения.

Устройство можно также использовать в качестве многофазного комбинированного выпрямителя.

Таким образом, изобретение позволяет расширить диапазон выходных частот а

9 также получить дополнительные эффекты. Это особенно важно в том случае, когда основные потребители являются сезонными, например стригальные машйнки, так как многоцелевое исполь— зование позволяет значительно повысить эффективность оборудования.

1104624 ..) 6?/ а)

/l . а

Су р

1104624

Х

В

12

1/

1У

73

1Ф

1

t

Й

Составитель Г. Мыцык

Редактор Т. Кугрышева Техред C,Ìèãóíîâà Корректор В. Бутяга

Заказ 5318/41 ° Тираж 667 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4