Трансформаторно-полупроводниковый @ -фазно- @ -фазный преобразователь частоты с квазиоднополосной модуляцией

 

1. ТРАНСФОРМАТОРНО-ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ m -ФАЗНО-П-ФАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ С КВАЗИОДНОПОЛОСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ,содержащий fn -фазный трансформатор с первым первичным и одним вторичным комплектами гг -фазных обмоток, а также два m -цепевых управляемых переключателя и блок управления из последовательно связанных между собой задающего генератора и распределителя импульсов, причем одни концы обмоток указанного первичного комплекта образуют входные силовые выводы преобразователя для подключения их к гл -фазной сети, одни концы обмоток вторичного комплекта через управляемые ключи с двухсторонней проводимостью подсоединены к выходным йьшодам преобразователя, выходы задающего генератора связаны с управляющими входа1«1 управляемых переключателей, а выходы - распределителя - с управляющими входами соответствующих ключей с двухсторонней проводимостью, отличающийс я тем, что, с целью улучшения массо-габаритных показателей, он снабжен вторым первичным комплектом гп-фазных обмоток, аналогичньгм первому по числу витков, которые одними противоположньвФ по полярности концами пофазно соединены с одними концами обмоток первого первичного (Л комплекта, другие концы первого и второго первичных комплектов подключе ны к входам соответственно первого и второго m -фазных вентильных мосi тов, а другие концы m -фазной обмотки вторичного комппекта объединены в нулевую точку. 2. Преобразователь по п.1, о тли1}ающийся тем, что, с сд целью упрощения при числе выходных со со ел фаз П 3, один из его выход1нь1х выводов образован упомянутой нулевой точкой.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

И

РЕСПУБЛИК

0% (11) З(51) Н 02 М 5/27

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ1Ф

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3005878/24-07 (22) 20,11.80 (46) 30.07.84. Бюл. В 28 (72) Г.С. Иыцык (1) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт (53) 621. 314. 2 (088.8) (56) 1. Патент Японии Р 48"31408, кл. 56 В 3 (H02), 1973.

2. Заявка ФРГ У 2227737, кл. Н 02 P 7/36, I975.

3. Авторское свидетельство СССР

Ф 515222, кл. Н 02 M 5/257, 1970. (54) (57) 1. ТРАНСФОРМАТОРНО-ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ И -ФАЗНО- 1-ФАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ С КВАЗИОДНОПОЛОСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ, содержащий я -фазный трансформатор с первым первичным и одним вторичным комплектами Ч -фазных обмоток, а также два И -цепевых управляемых переключателя и блок управления иэ последовательно связанных между собой задающего генератора и распределителя импульсов, причем одни концы обмоток указанного первичного комплекта образуют входные силовые выводы преобразователя для подключения их к л -фазной сети, одни концы обмоток вторичного комплекта через управляемые ключи с двухсторонней проводимостью подсоединены к выходным выводам преобразователя, выходы задающего генератора связаны с управляющими входами управляемых переключателей, а выходы - распределителя — с управляющими входами соответствующих ключей с .двухсторонней проводимостью, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью улучшения массо-габаритных показателей, он снабжен вторым первичным комплектом п -фазных обмоток, аналогичным первому по числу витков, которые одними противоположньвки по полярности концамн пофазно соединены с одними кон- I цами обмоток первого первичного комплекта, другие концы первого и второго первичных комплектов подключе ны к входам соответственно первого и второго п1 -фазных вентильных мос- и

Ф тов, а другие концы rn -фаэной обмотки вторичного комплекта объединены в нулевую точку.

2. Преобразователь по п.1, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения при числе выходных фаз .rl 3, один из его выходйых выводов образован упомянутой нулевой точкой.

1105995

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано в частотно"управляемых электроприводах, а также В качестве вторичного источника элек- 5 тропитания, обеспечивающего заданное преобразование параметров злеК троэнергии (фазности, уровня напряжения, частоты), Известны трансформаторно-полупроводниковые преобразователи частоты (ПЧ) с квазиоднополос1лой моду ляцией, которые ха актеризуются увеличенным числом вторичных М фаз" ных обмоток трансформатора и Наличием многоцепевых переключателей В виде гп -фазных диодных мостов с управляемыми ключами, включенными между выводами постоянного тока 11 и 5 2 . 20

Общим йедостатком таких ПЧ является повышенная гласса из-за трансформатора, работающегО на частоте сети.

Наиболее близким к предлагаемому является г -фазно-О-фазный ПЧ, содержащий m -фазный трансформатор с одним первичным и двумя вторичными комплектами м -фазных обмоток, два rn -цепевых переключателя в 3О вийе m -фазных диодных мостов с управляегльми ключами, Включенными между их выводами постоянного тока, а также m, n полностью управляемых ключей с двухсторОнней проводимостью,з5 причем одни разноименные по полярности концы тъ -фазных обМоток первого H второго вричных комплектов подключены к входам соответственно первого и второго диодных мостов щ а другие концы обмоток этих комплектов объединены между собой пофазно и точками объединения через уйомянутые ключи с двухсторонней проводимостью подключены к г1 -выходным выводам преобразователя, а также блок управления из последоЬа» тельно связанных между собой задающего генератора (ЗГ) и т1 -канального распределителя импульсов (РИ), причем выходы ЗГ должны, быть связаны с управляющигпл входами п -цепевых переключателей, а выходы РИ вЂ” с управляющими входами соответствующих ключей с двухсторонней проводи55 мостью ГЗ, Недостатком этого преобразователя также является повышенная масса из-за работы его трансформатора йа сетевой частоте, что особенно заметно проявляется при питании ПЧ от сети промышпенной частоты (50 Гц) .

Цель изобретения - улучшение массогабаритных показателей ПЧ и упрощение при числе выходных фаз vl 3.

Поставленная цель достигается тем, что трансформаторно-полупро.— водниковый -фазно-и-фазный пре) образователь частоты с квазиоднополосной модуляцией, содержащий

-фазный трансформатор с первым первичным и одним вторичным комплектами Ю -фазных обмоток, а также два е-цепевых управляемых переключателя и блок управления из последовательно связанных между собой задающего генератора и распределителя импульсов, причем одни концы обмоток указанного первиЧного комплекта образуют входные силовые выводы преобразователя для подключения их к и -фаз ной сети, одни концы обмоток втори ного комплекта через управляемые ключи с двухсторонней проводимостью подсоединены к выходным Выводам Itpe»

Образователя, выходы задающеГо генеоатора связаны с управляющими входал управляемых переключателей; а вы" ходы распределителя — с управляющими входами соответствующих ключей с двухсторонней проводимостью,снабжен вторым первичным комплектом .й -фазных обмоток, аналогичным перному но числу витков, которые од" ними противоположными по полярности концами пофазно соединены с одними концами обмоток первого первичного комплекта, другие концы первого и второго первичных комплектов подключены к входам соответственно первого и второго п -фазовых вентильных мостов, а другие концы rn -фазной обмотки вторичного комплекта объединены в нулевую точку.

В другой модификации ПЧ один из его выходных выводов образован упомянутой нулевой точкой.

Это позволяет упростить преобразователь путем уменьшения в нем (напт) числа ключей с двухсторонней проводимостью °

На фиг.1 представлен пример принципиальной схемы предлагаемого преобразователя (для случая, когда т =

3); на фиг.2 — упрощенный вариант схемы ПЧ, на фиг.3 — временные

1105995

ff -f l=l» — «1 г и р» диагра »ы, поясняющие принцип работы преобразователей по фиг.1 и фиг.2 для режима преобразования, когда частота выходного напряжения 1 меньше частоты питающей сети „, на

5 фиг.4 — два других возможных режима, когда частота выходного напряжения f> = О, (n)

Р2 больше частоты сети Zt id) .

Преобразователь (фиг. 1) содержит 3-фазный трансформатор 1 с дву. мя первичными 2 и 3 и одним вторич" ным 4 комплектами 3-фазных обмоток, два целевых управ 1яемы:. 1 ерек ю чателя 5 и 6, выполненных, например, 15 в виде 3-фазных вентильных мос" тов 7 и 8 с управляемыми ключами

9 и 10,включенными между их выводами постоянного тока, полностью управляемые ключи 11-19 с двухсторонней 20 проводимостью, через которые соединены одни концы обмоток вторичного комплекта 4 с выходными выводами ПЧ

at Ь, C. а также блок управления 20, включающий последовательно связанные между собой 3I 21 и РИ 22. Входные силовые выводы 4, 9, с. преобразователя образОваны точками соединения разноименных по полярности концов обмоток первичных комплектов 2 30 и 3, принадлежащих одноименным фазам.

Принцип работы преобразователя (фиг. 1) иллюстрируется временными диаграммами на фиг.3. 35

Согласно фиг.3 обозначено: LI<, Ц - фазные напряжения сети, Ц- И- " сдвинутые на угол Tl

U4> с относительно векторов U4, Рь, Ltt напряжения, U, UIt LI — напряже- 40 ния на фазных обмотках вторичного комплекта 4, 0, Ug — алгоритмы переключения) " цепевых переключателей 5 и 6, Uä, Ц U — выходные напряжения преобразователя, U,» — LI»g — 45 алгоритмы переключения ключей 11 19.

Основная идея, отличающая структурную организацию предложенного ПЧ от известного, состоит в использовании В нем промежуточного высокочас- 50 тотного (ПВЧ) преобразования. Введение ПВЧ позволяет уменьшить массу всего устройства за счет уменьшения массы трансформатора. При этом число элементов в схеме ПЧ остается при этом тем же. Эффект достигается в данном случае лишь за счет принципиально иной организации схемы.

Трехцепевые переключатели 5 и 6 в ПЧ (фиг.1) переключают с частотой

= 3 "и где Хм — частота модуляции. Взаимосвязь между частотой сети 1. и частотой основной гармоники выходного напряжения при алгоритме переключения ключей, реализующем квазиоднополосную модуляцию, следующая:

В оеэльтате работы переключателей

5 и 6 на фазных обмотках вторичного. комплекта 4 наводятся напряжения

0Ä, Ц, (1 (фиг.3), из которых посредством соответствующего переключения ключей 11-19 (алгоритмы их переключения см. на фиг.3) формируются выходные напряжения Ц, Оь, 0

Гармонический анализ формы кривой напряжения на обмотке трансформатора показывает, что наибольшую амплитуду и наименьшую частоту имеет гармоника с частотой Хтр= Ы»- 1t» )

Именно по ней можно судить о выигрыше в массе трансформатора.

Оценим соотношение частот Х» Х и

1,-р в режимах 1еобразования на фиг. 3 и 4.

Согласно фиг 3 У» у 3» 1 м

Согласно фиг .Й: a) У =О

fòр я» ) Ю » H +f» 1 тр=65Р»

Как видно из примеров, наихудшим (c точки зрения выигрыша в массе трансформатора) является реяз»м получения инфранизких выходных частот, в частности граничный режим получения нулевой выходной частоты, который используется в частотно-управляемом синхронном электроприводе.Однако даже в этом случае рабочая частота трансформатора 3тр вдвое превышает частоту сети, что однозначно свидетельствует о существенном выигрыше в массе трансформатора.

Упрощение ПЧ по схеме на фиг.2< достигается исключением одного ком1105995 ппекта ключей (14-16) . Третий фазный вывод .С при этом образован нулевой точкой обмоток вторичного комплекта 4.

Идея упрощения основывается на использовании так называемого принципа открытого треугольника, суть которого состоит в формировании симметричной 3-фазной системы напряжений ao "bo, Осо {фиг.2 ) из двух линейных напряжений Uap и Ц, сдвинутых между собой на угол Э/g

В схеме ПЧ на фиг.2д сформировать вектор Up (без использования допол-" нительного выходного трансформатора) не удается. Формируемый на выходе

ПЧ вектор Ос сдвинут oTH0cHT0JIbHo требуемого вектора- Ug на угол Л

Поэтому испольУовать упрощенный ПЧ на фиг.2 & можно лишь в том случае, если нагрузка ПЧ (асинхронный двигатель, например — АД) позволяет изменить полярность вклгчения одной обмоток (фиг.2о). Алгоритмы пере.:..с:= ения ключей в этой схеме остаются при этом теми же, что и в схеме на фиг.1.

Таким образом, предложенная струк. турная организация преобразователя позволяет при том же числе элементов и той же установленной их мощности заметно снизить его массу за счет уменьшения массы трансформато" ра. При этом имеет место уменьшение расхода активных материалов трансформатора и удешевление его и ПЧ в ! 5 целом.

Конкретный результирующий выигрыш в массе и стоимости ПЧ определяется конкретным его применением. Напри20 мер, при питающей сети 50 Гц и выходной частоте порядка 100 Гц и выше масса ПЧ может быть уменьшена не менее, чем в 2 раза.

1105995

1105995

Уд (Ф

Составитель И. Войтович

Техред Т.Маточка Корректор В. Синицкая

Редактор А. Гулько

Заказ 5612/44 Тираж 667 Подлисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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