Непосредственный утроитель частоты

 

НЕПОСРЕДСТВЕННЫЙ УТРОИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ, содержащий выполненный на полностью управляемых ключах трехфазный мост с включенным на выходе дросселем, обмотка которого имеет средний отвод, образующий первый выходной вывод для подключения нагрузки , односердечниковый индуктивный делитель тока, обмотка которого имеет промежуточный отвод, а также полностью управляемые ключи переменного тока с двусторонней проводимостью для подключения двух вьшодовобмотки к каждоь у из входных вьшодов упомянутого моста и блок управления, включающий в себя связанные между собой узел синхронизациис сетью задающий генератор, счетчик-делитель на двенадцать с выходами Ху, 2 .3 А 1 выход младшего разряда и Х4 - выход высшего разряда, и дешифратор, четыре входа которого связаны со счетчиком, а восемнадцать его выходов Р - Р, с управляющими входами ключей утроителя , отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования выходного напряжения , второй выходной вывод для подключения нагрузки образован одним концом обмотки индуктивного делителя тока, другой ее конец и промежуточный отвод через полностью управляемые ключи перемен (/) ного тока с двусторонней проводис мостью подключены к каждому из входных выводов упомянутого моста, причем дешифратор выполнен реализующим на своих выходах следующие логические выражения: 4 X t X,-, Р, .Pi ХгХзХ t CO p. - XjXjX j CO XjXjX j PjXjjXjX i P, P Pg x,PsVx,Pt СЛ Pj x,P, V x,P,,; P,. x.,P,Vx,Pt o P,, , VX,PJ, .P,,, , P,-, P« X,PsVX, P, Х,Р,У-Х,РЗ; Р„ S., P,, iC,P, Р„ x,P, P, .Pj.

ÄÄSUÄÄ 149356

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

4(511 Н 02 И 5/27

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Х2%3 хл., Р2 Х2

Р хзхзхл 3 Рл — х2

К 2 3 Л 3 Й 2

2 3 3

РЗ = Х»Р» Ч Х»Рз i P»a

Рг» = хР, М Х»Р2, Р„

Рз = х»Рз ч х»РL3 Р1л

Р»з — х» Рл Ч х» Р -, Р»

Р»3 = х»РлUx Р - Р

Х3Хл j з з х,Р Чх Р

= х, Рл V x, Р, х»РлЧх» Рз р хРчхР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3506545/24-07 (22) 01. 11. 82 (46) 07.04.85. Бюл. Ф 13 (72) Т.Ю.Саккос, И.Э.Ранне, В.В.Сарв и Ю.Э.Сооярв (71) Институт термофизики и электрофизики АН Эстонской ССР (53) 621.3 14.27(088.8) (56) 1. Повышение эффективности устройств преобразовательной техники. Ч. 2, "Наукова думка", 1972, с. 215. .2. Авторское свидетельство СССР по заявке Ф 3256100/24-07, кл. И 02 М 5/27, 1981. (54) (57) НЕПОСРЕДСТВЕННЫЙ УТРОИТЕЛЬ

ЧАСТОТЫ, содержащий выполненный на полностью управляемых ключах трехфазный иост с включенным на выходе дросселем, обмотка которого имеет средний отвод, образующий первый выходной вывод для подключения нагрузки, односердечниковый индуктивный делитель тока, обмотка которого имеет промежуточный отвод, а также

Ф полностью управляемые ключи переменного тока с двусторонней проводимостью для подключения двух выводовобмотки к каждому из входных выводов упомянутого иоста и блок управления, включающий в себя связанные между собой узел синхронизацижс сетью задающий генератор, счетчик-делитель на двенадцать с выходами х,, х,, х,, х, где х — выход младше1 го разряда и хл — выход высшего разряда, и дешифратор, четыре входа которого связаны со счетчиком, а восемнадцать его выходов Р„ — Р1,— с управляющими входами ключей утроителя, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования выходного напряжения, второй выходной вывод для подключения нагрузки -образован одним концом обмотки индуктивного делителя тока, другой ее конец и промежуточный отвод через полностью управляемые ключи переменного тока с двусторонней проводимостью подключены к каждому из входных выводов упомянутого моста, причем дешифратор выполнен реализующим на своих выходах следующие логические выражения:

1149356

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания утроенной частоты, где требуется повышенное качество выходного и вход- ного токов

Известен вентильный непосредственный утроитель частоты, содержащий трехфазный управляемый вентильный мост и уравнительный дроссель, об- 1б мотка которого имеет центральный отвод, причем начало н конец обмотки уравнительного дросселя соединены соответственно с анодной н катодной точками трехфазного вентильного мос- 15 та, центральный отвод обмотки соединен с одним зажимом однофаэной нагрузки, а другой зажим нагрузки соединен с нулевой точкой сети 11).

Недостатком данного устройства 2б является то, что оно может работать только в трех- и шестипульсном режимах. В результате этого в выходном токе появляется шестая гармоника, а в токе питания пятая и седьмая 25 гармоники, что затрудняет сглаживание входного и выходного токов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является вентильный непосредственный утроитель частоты, содержащий трехфазный управляемый вентильный мост и уравнительный дроссель, обмотка которого имеет центральный отвод, причем начало и конец обмотки уравнительного З5 дросселя соединены соответственно к анодной и катодной точкам трехфазного вентильнаго моста, а центральньФ отвод обмотки соединен с одним зажимом однофазной нагрузки, и снаб- женный двумя дополнительными трехфазными управляемыми вентильными мостами, входные зажимы которых присоединены к питающей сети, и односердечииковым индуктивным делителем 45 тока, начало обмотки которого соединено с соединенными между собой катодной и айодиой точками одного дополнительного моста, конец обмотки соединен с катодной и анодной точка- о ми другого дополнительного моста, а с отводом обмотки индуктивного делителя тока соединен другой зажим однофазиой нагрузки. Наиболее оптимальным отношением чисел витков сек- 55 ций обмотки делителя тока является .Cos 45 : Cos 75 = 2,73. В этом случае числа витков первой и второй секций составляют соответственно

0,732 .и 0,268 от суммарного числа витков обмотки. Это отличие обеспечивает то, что вентильный непосредственный утроитель частоты может работать в 12-импульсном режиме. В результате этого в токе питания отсутствуют гармоники ниже 11-й, чем существенно уменьшается его искаженность (23.

Недостатками известного утроителя являются жесткая связь между напряжением питания и максимальным выходным напряжением, а также ограниченность диапазона регулирования выходного напряжения ниже линейного напряжения питания вследствие того, что односердечниковый делитель тока выполняет лишь функцию обеспечения определенного соотношения токов в трех фазах, а не служит для согласования номинального напряжения нагрузки с напряжением питания.

Целью изобретения является расширение диапазона регулирования выходного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в непосредственном утроителе частоты, содержащем выполненный на полностью управляемых ключах трехфазный мост с включенным на выходе дросселем, обмотка которого имеет средний отвод, образующий первый выходной вывод для подключения нагрузки, односердечниковый индуктивный делитель тока, обмотка которого имеет промежуточный отвод, а . также полностью управляемые ключи переменного тока с двусторонней проводимостью для подключения двух выводов обмотки к каждому из входных выводов упомянутого моста и блок управления, включающий в себя связанные между собой узел синхронизации с сетью, задающий генератор, счетчик-делитель на двенадцать с выхо;дами х, х хз хх д xx, " выход

1 э младшего разряда и х, — выход высшего разряда, и дешифратор, четыре входа которого связаны со счетчиком, а восемнадцать его выходов Р, -Р„ с управляющими входами ключей утроителя, второй выходной вывод для подключения нагрузки образован одним концом обмотки индуктивного делителя тока, а другой ее конец и промежуточный отвод через полностью управляемые ключи переменного тока с двусторонней проводимостью подклю1149 же ния

Р, Р3

Р, P

Р

Р,„

Р, Рп

Р1

Х,ХЗХ ;

2 3+4>

ХЗХЗХ Э

Р, х,Р,чх, Р, Р„х,Р чх Р,; !О

+1Pt V X1 Р<

Р+ = х.Р3 ч х,Р3, P = x„P„vx,Ð х2 3 х1 ь Р2 2 "3Х, Х23 МУРА — х,Р3 ч х,Р3, = х,Р, х,Р3; х „Р, чх1Р х1Р ч х1 Рь х,Р,Чх,Р э

20

3 чены к каждому из входных выводов упомянутого моста, причем дешифратор выполнен реализующим на своих выходах следующие логические выраЭто отличие обеспечивает то, что электромагнитная связь между двумя секциями обмотки делителя тока используется не только в целях обеспечения определенного соотношения токов в трех фазах, но и для повышения максимального выходного.напряжения относительно напряжения питания.

В результате этого делитель тока выполняет и функцию повышающего согласующего-автотрансформатора,что поз- 2 воляет регулировать выходное напряжение и выше напряжения питания и тем самым расширить диапазон регулирования. . На фиг. 1 изображена принципиаль- 30 ная схема предлагаемого непосредственного утроителя(частоты на фиг. 2 — временная диаграмма напряжения питания, одной фазы и тока нагрузки, а также таблица включенного состояния управляемых ключей; на фиг. 3 — блок-схема блока управления.

Непосредственный утроитель частоты. (фиг. 1) содержит трехфазный мост, выполненный на полностью уп- . 40 равляемьвс ключах 1-6, две группы из трех полностью управляемых ключей переменного тока с двусторонней проводимостью, образованных из встречно-параллельно включенных пар пол- 45 иостью управляемых ключей 7-8, 9-10

11-12. и 13-14, 15-16, l7-18 соответственно, сглаживающий дроссель

19 и индуктивный делитель 20. тока.

Начало 21 и конец 22 обмотки сглажи» 50 вающего дросселя 19 подключены к анодйой и катодной точкам трехфазного моста, выполненного на полностью управляемых ключах 1-6, а средний

; отвод 23 обмотки образует первый 55 выходной вывод для подключения нагрузки 24. Односердечниковый.дели; тель. 20 тока имеет обмотку с проме356 4 жуточным отводом 25, причем один из двух концов 26 и 27 (а именно конец 26) и промежуточный отвод 25 через полностью управляемые ключи

7-8, 9-10, 11-12, 13-14, 15-16 и

17-18 подключены к входным выводам

28-30, а другой конец 27 обмотки образует второй выходной вывод для подключения нагрузки 24.

Блок управления (фиг. 3) содержит узел 31 синхронизации, задающий генератор 32, счетчик-делитель

33 и дешифратор 34 °

Устройство работает следующим образом.

В каждый момент времени во включенном состоянии находятся три вен тиля, подключенных к трем разным входным выводам 28-30 и к разным вентильным группам 1-6, 7-12 и 1318. При этом, когда в вентильной . группе l3-18, подключенной к промежуточному отводу 25 обмотки делителя тока, включен вентиль в положительном направлении фазных токов, то в вентильных группах 1-6 и 7-12 включены вентили в отрицательном направлении фазных токов и наоборот, причем за положительное направление фазных токов принято условное направление от источника питания к нагрузке. В результате этого к выводам 26 и 25 обмотки делителя тока подключается линейное напряжение между двумя фазами питания, а нагрузка 24 соединяется между третьей фазой питания и выводом

27 обмотки делителя тока.

Обозначая числа витков н напряжения обмотки делителя тока между выводами 26, 25 и 27 соответственНо через 1!? - Mzz-» !!га-г7

1!2с 25, 025 -?, Ц2, 27 получаем

У И вЂ” и ° и

26-23 26-Х5 ?Ü- 27 ?C «?6 откуда следует, что максимально возможное напряжение нагрузки превышает линейное напряжение питания.

Уменьшение высших гармоник в токах питания iä, i u i достигается в результате действия делителя тока, устанавливающегося между мгновенными значениями фазных токов соотношения, необходимые для.уменьшения высших гармоник. Для этого выводы 26, 25 и 27 делителя тока всегда подключаются к трем разным фазам, причем фаза с наибольшим током подключается к промежуточному. отводу 25. В результате этого наибольший фазный .

1149356 или

3 ток распределяется на две составляющие в двух остальных фазах, обратно пропорциональные числам витков секций обмотки делителя тока.

В целях исключения из тока питания высших гармоник ниже 11-й отношение чисел витков секций обмотки делителя тока следует выбрать равным

Cos 45 : Cos 75, что соответствует числу витков секций 0,732 и 10

0,268 от суммарного числа витков обмотки делителя тока.

В интервале работы, когда включены вентили 2, 11 и 14 один крайний вывод 26 обмотки делителя тока, соединен(через вентиль 11 и зажим

30 с фазой С системы питания, промежуточный отвод 25 обмотки через вентиль 14 и. зажим 28 — с фазой А, а другой крайний вывод 27 через наг- 20 рузку 24, половину обмотки сглаживающего дросселя 19, вентиль 2 и. зажим 29 - с фазой. В системы питания. Пренебрегая падением напряжения иа включенных вентилях, в этом интервале напряжение иа обмотке

Равно линейному напряжению пйтайия 0 4, à напряжение нагрузочкой ветви П „, равно напряжению зц .И . а П + Ц 30 .2Ъ М В -2> 8,-2$ 25-2>

С учетом Ов-25 = Ув4и 025-27 = 132С 2 — 0 (. — 1) Бг, получаiC- 2$ . 2С-25 ют для напряжения нагрузочной ветви 2С-2 >и-а1 "sa + — 1 сл °

2С -25.С учетом оптимального отношения чисел. витков секций обмотки

М2 С 25 1 Ч25- 21 О, 268: 0 732

45 напряжение нагрузочкой ветви в этом интервале равно U U + (— — t)U

Ь . 0,732 с + 0 366Uс„ или

"21-21 "ВЯ (0 268 1) "Сй

U>< + 2,73U<>, Соответственна в зависимости от выбранного оптимального отношения чисел витков секций обмотки делителя. тока максимальное мгновенное значение напряжения нагрузочной ветви может равняться 1,23- или 3,34-кратному максимальному значению линейного напряжения питания. Если линейные напряжения,U>> и Ус, синусоидальные, то в рассматриваемом интервале и мгновенное напряжение нагрузочной ветви изменяется по отрезку синусоиды.

Для получения 12-пульсного режима работы необходимо, чтобы напряжение нагрузочкой ветви утроителя формировалось из одинаковых отрезков синусоид, сдвинутых между собой на о

30 . Требуемые сдвинутые синусоидальные полуволны для формирования

12-пульсного режима можно получить выбором подходящих комбинаций включенных вентилей. Например, при включенном состоянии вентилей 3, 9 и 14 напряжение нагрузочной ветви

1 2С-2т

Псм (у 1)U 1

2С -25 причем эта новая синусоида отстает от синусоиды, соответствующей предыдущему интервалу работы, на 30, что и требовалось. Очередность замыкания вентилей 1-18, обеспечивая

12-пульсный режим работы устройства (фиг. 1) и тем самым утроение частоты тока нагрузки, приведена на фиг. 2.

Изменение величины тока нагрузки осуществляется сдвигом фазы замыкания заданных комбинаций вентилей, а тем самым и фазы тока питания относительно фазы напряжения питания.

При этом регулирование возможно как с отстающим, так и с опережающим током питания. Временные диаграммы напряжения питания U, тока питания i>, тока нагрузки i и напряжения на делителе тока U (фиг.2) соответствуют полностью сглаженному выходному току, равному амплитуде тока i, и сдвигу фазы Ч„= 60 между напряжением и током питания.

Сдвиг фаз во всех фазах одинаков, x ° e° . »= в = с = V„ - Временная диаграмма максимального тока нагрузки (фиг. 2) х „ соответствует сдвигу фазы Ч = 0 . Регулированию выходного тока от максимума до нуля соответствует изменение фазы

9 Д в пределах 0 -90 . При полностью сглаженном в каждом интервале токе

1149356

Таблица

Состояние

Интервалы выходов счетчика I II

Х ХХ

О 1 О 1 О 1 0 1 О 1 О 1

О О 1 1 О О О 0 1 1 О О

О О 0,0 1 1 О О О О

1 1

О О 0 О О О 1 1 1 1 нагрузки форма тока питания во всем диапазоне регулирования остается неизменной. Соответственно не изменяется и спектральный состав тока питания ° В результате того, что ток нагрузки жестко связан с током питания, его форма также не изменяется, причем этот ток имеет прямоугольную форму и утроенную частоту.

Блок управления, обеспечивающий 10 требуемый алгоритм отпирания полностью управляемых ключей 1-18, работает следующим образом.

На входы узла 31 синхронизации подаются напряжение сети 0 и .вы- 15 ходное напряжение х высшего разряда счетчика-делителя 33. На входе задающего генератора 32 суммируются выходное напряжение узла синхронизации и сигнал управления П„. В режиме синхронизации частота напряжения задающего генератора в 12 раз выше частоты напряжения сети U> и между выходным сигналом х+ и напряжением U устанавливается такая 25

А разность фаз, что выходной сигнал узла синхронизации компенсирует влияние управляющего сигнала U„, Счетчиком-делителем используется делитель по модулю на двенадцать gp (например, К155 ИЕ 4), который преобразует систему из 12 последовательных временных интервалов с длительностью 30 эл.град. каждый в функции х х р х р х g двоичной системы (код 1, 2, 4, 6, табл. 1).

Состояния выходов P, - P, дешифратора 34 в интервалах времени )-Х1f. приведены в табл. 2, составленной на основе очередности замыкания пол- 4g ностью управляемых вентилей 1-18 (фиг. 2, V -- 0 ).

Если определить состояния выводов 1-18, дешифратора 34 через функции х» х, х,, x„, тогда они реализуют следующие логические выражения:

P, — x x x ; P = х хзх, Р х х Й Р = х хэх1у Рр- = х х х

= х„Р,vx, Р; Р> х„Р„Мх„РЭ, Р„, =хР чхР ; Р =хР ЧхР, Предлагаемый вентильный непосредственный утроитель частоты расширяет диапазон регулирования. Это достигается тем, что в схеме утроителя нагрузка подключается между центральным отводом обмотки сглаживающего дросселя и одним крайним выводом обмотки делителя тока, причем второй крайний вывод и промежуточный отвод обмотки делителя тока через полностью управляемые ключи с двусторонней проводимостью подключены к каждому из входных выводов основного вентильного моста. В результате этого делитель тока исполь- . зуется и в качестве согласующего повышающего автотрансформатора что делает возможным регулирование выходного напряжения не только ниже, но и выше напряжения питания. В зависимости от точки подключения нагрузки к выводам обмотки делителя тока максимальное выходное напряжение можно выбрать равным 1,23- Или 3,34-кратному линейному напряжению.

1149356

1О

Таблица 2

Интервал

Выход

5 С 8 9

Р „Р„ P Pi i с и

О 1 О О О О 1 0 О О О О О 0 О О О 1

О 1 О О О О О О О О О О О О О . О

О О О 1 0 О О О О О О 1 О О 1 О О О

О 0 О 1 О О О О О 1 О О О О О О 1 О

О О 1 О О О О О 1 0 О О О 1 О О О О

0 О О О О 1 О О 0 О О О 0 О 1 О О

О О О О 1 О О 1 О О О О О О О О 1 О

О О О О 1 О О О О О О 1 1 О О О О 0

UIE

VIII

1 О О О О О О О О О 1 О О. О О 1 О О

1 О О О О О О 0 1 О О О О О О О О 1

О О О О О 1 О 0 О 1 О О 1 О О О О О

О О О О О 1 О 1 О О О О О О 1 О О О

ХЕ

XII

1!49356

1149356

ОчереЖагть з ъ ым а ие

8eamu>eu 1-Я

Заказ 1914/40 Тираж 646 Подписное

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

Очередногть заикания

Ьентилей -18