Способ преобразования @ -фазного напряжения одной частоты в однофазное напряжение другой частоты

 

Изобретение относится к преобразовательной технике. Целью является улучшение качества выходного напряжения и тока за счет снижения величины их коэффициента гармоник. Устр-во содержит тиристоры 1 - 16, трансформатор со средней точкой первичной обмотки. Концы обмотки подключены к тиристорам 18 и 19, к вторичной обмотке подключена нагрузка 20. Полярность напряжения на нагрузке изменяется в моменты прекращения тока через вентили. Формирование каждой полуволны выходного напряжения осуществляется между одной фазой источника питания и другими его фазами. Моменты прекращения тока через вентили задают включением различного числа вентилей в анодной и катодной группах. 5 ил. ш (Л М о р о о о о «г ч WT 00 о со ю 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (gg 4 Н 02 М 5/27

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3821974/24-07 (22) 13. 12.84 (46) 07.05.87. Бюл. № 17 (75) А. С. Айнварг (53) 621.314.27 (088.8) фиг. 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (56) Джюджи Л., Пелли Б. Силовые полупроводниковые преобразователи частоты.—

M.: Энергоиздат, 1983, с. 9.

Жемеров Г. Г. Тиристорные преобразователи частоты с непосредственной связью.—

М.: Энергия, 1977, с. 239.

Петрович В. П., Соустин Б. П. Независимый вентильный преобразователь частоты: В сб. Электронная техника в автоматике. — M.: Советское радио, 1971, вып. 2, с. 118 — 124. (54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ т-ФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ОДНОЙ ЧА.,Я0 „ 1309213 А 1

СТОТЪ| В ОДНОФАЗНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

ДРУГОЙ ЧАСТОТЫ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике. Целью является улучшение качества выходного напряжения и тока за счет снижения величины их коэффициента гармоник. Устр-во содержит тиристоры 1—

16, трансформатор со средней точкой первичной обмотки. Концы обмотки подключены к тиристорам 18 и 19, к вторичной обмотке подключена нагрузка 20.

Полярность напряжения на нагрузке изменяется в моменты прекращения тока через вентили. Формирование каждой полуволны выходного напряжения осуществпяется между одной фазой источника питания и другими его фазами. Моменты прекра- д щения тока через вентили задают включением различного числа вентилей в анодной и катодной группах. 5 ил.

1309213

Изобретение относится к электротехнике силовой преобразовательной технике.

Цель изобретения — улучшение качества выходного напряжения и тока за счет снижения величины их коэффициента гармони к.

На фиг. изображена схема реализации способа; на фиг. 2 — кривые напряжений питания и напряжения на нагрузке; на фиг. 3 — регулирование напряжения; на фиг. 4 и 5 — работа на активно-индуктивную нагрузку.

Восьмифазная восьмиимпульсная мостовая выпрямительная схема (фиг. 1) содержит катодну10 группу тиристоров l — -8 и аноднук> гр ппу тиристоров 9- — 16. На сто15 роне выпрямленного напряжения — переключающая схема типа инвертора с нулевым выводом: трансформатор 17 со средней точкой первичной обмотки, концы первичной обмотки подключены к тиристорам 18 и

19, а к вторичной обмотке подключена Ila- 20 грузка 20. Обратные вентили (тиристоры)

21 и 22 могут быть включены при активно-индуктивной нагрузке для обеспечения коммутации тиристоров 18 и 19. Может быть использована любая другая переключающая схема. позволяющая изменять полярность выпрямленного напряжения на нагрузке.

Способ преобразования частоты поясня< тся на фиг. 2 в предложении, что нагрузка 20 чисто активная, и коэффициент трансформации трансформатора 17 равен единице. В верхней части (фиг. 2) тонкими линиями изображены синусоидальные фазныс напряжения источника питания угловой частоты l>, причем цифрами 1 — -8 и

9 — -16 обозначены номера тиристоров, на которые подаются эти напряжения. Ниже один под другим изображены восемь напряжений различных частот на первичной обмотке трансформатора, причем для каждой кривой к оси времени примыкают две графы, в которых указаны номера тиристоров, включенных на интервалах.

Первая из восьми кривых показывает получение на нагрузке напряжения примерно половинной частоты. В момент <0/==л/8 включают тиристор 3, анодный потенциал которого с этого момента начинает увеличиваться от нуля, и тиристор 12, катодный потенциал которого с этого момента начинает уменьшаться от нуля. Одновременно включают и тиристор 18, так что с этого момента к первичной обмотке трансформатора и, соответственно, к нагрузке приложено условно положительное напряжение.

Далее тиристор 3 остается включенным до того момента Ы= !5л/8, когда его анодное напря>кение не упадет до нуля, так как никаких других тиристоров катодной группы не включают. В анодной же группе тиристор 12 включен интервал л/4, после чего

55 включан>т тиристор 13, катодный потенциал которого становится меньше, а тиристор 12 автоматически выключается. Далее включаK>T THpHcTopnl l4 — 16, 9 и 10, каждый из которых проводит интервал и/4 и выключается, как в мостовом неуправляемом выпрямителе.

Таким образом, к первичной обмотке трансформатора (и, соответственно, к нагрузке) приложено линейное напряжение между фазой 3 и всеми другими фазами, выделенное в верхней части жирной линией и образующее положительную полуволну выходного напряжения (фиг. 2). Это напряжение к моменту и>! =15л/8 уменьшается до нуля, в этот момент тиристор 18 автоматически выключается, после чего сразу же включают тиристоры 19, 2 и 11. Тиристор 2 остается включенным, пока его анодное напряжение положитель Io, так как никаких других тиристоров катодной группы не включают, а в анодной группе через каждый интервал л/4 включают тот тиристор, у которого катодный потенпиал становится ниже, а предыдущий тиристор автоматически выключается. Поэтому с момента о>|=15л/8 к первичной обмотке трансформатора (и, соответственно, к нагрузке) приложено в обратном направлении напряжение между фазой 2 и всеми другими фазами. E(моменту ь|=29л/8 это напряжение уменьшается до нуля, тиристор 19 автоматически выключается, после чего включают тиристор 18 и начинается новый полупсриод выходного напряжения -- оно образуется линейным напряжением между фазой 1 и остальными и т. д. Период выходного напряжения равен 7л/2 (частота 4/7 частоты питания) .

Вторая кривая показывает получение оольшей частоты выходного напряжения. В начале положительного полупериода включают тиристор 18, тиристор 3 и сразу тиристор 13 (тиристор 12 не включают) с того момента nl!=л/4, когда линейное напряжение между соответствующими фазами

3 и 5 начинает увеличиваться от нуля.

Далее в катодной группе оставляют включенным тиристор 3, а в анодной группе каждые и/4 включак>т тиристор с наименьшим катодным потенциалом, как ollHcano, так что положительная полуволна выходного напряжения уменьшается до нуля в тот же момент <и/=! 5л/8, что и предыдушем случае, и тиристор !8 выключается. С момента

<>/=15л/8 включают тиристор 19 и формируют отрицательную полуволну выходного напряжения описанным образом, т. е. линейным напряжением между фазой 2 и остальными фазами с той разницей, что в момент 0)!=27л/8 не включают тиристор 9, а оставляют включенным тиристор 16 до того момента 0)f=7>T,/2. пока линейное напряжение между фазами 2 и 8 положительно, после чего тиристоры 2, 16 и 19 ав!

309213 томатически выключаются, и включают тиристоры 8, 10 и 18. Период образуемой кривой выходного напряжения равен 1Зл/4.

Третья кривая показывает получение выходной частоты в 1,5 раза меньше входной. Начало положительной полуволны выходного напряжения и номера включенных тиристоров совпадают с предыду1цим случаем, Но в конце положительной полуволны в момент 3))/=13л/8 не включают тиристор 10, а оставляют включенным тиристор 9 до того момента 3)1=7л/4, пока линейное напряжение между фазами 3 и 1 не упадет до нуля.

В этот момент тиристоры 3, 9 и 18 выключаются и включают тиристоры 1, 11 и

19, так как с этого момента напряжение между фазами 1 и 3 начинает увеличиваться от нуля. 3,алее в катодной группе оставляют включенным тиристор 1, а в анодной группе включают ио очереди тиристоры с минимальным катодным потенциалом, причем тиристор 16 не включают, а тирис- 20 тор 15 оставляют включенным до того момента 1)/=1Зл/4, когда линейное напряжение между фазами 1 и 7 ие уменьшится до нуля. В этот момент тиристоры

1, 15 и 19 выключаются, включают тиристоры 7, 9 и 18 и формируется следующая положительная пол уволна выходног0 напряжения. Период образуемой кривой равен Зл.

Четвертая кривая — формирование выходного напряжения с периодом 1!л/ 4.

Положителы)ая полуволHà отличается от предыдугцей кривой тем, что начинается от момента <)1=3л/8 линейным напряжением между фазами 3 и 6 (тиристор 13 нс включают, а включают сразу тиристор 14), а отрицательная полуволна отличается от предыдущего тем, что кончается в момент

1)1=25л/8 перехода через нуль линейного напряжения между фазами 1 и 6 (тиристор 13 не вкл)очают, тиристор 14 включен до перехода напряжения через нуль).

Пятая кривая — выходное напряжение 40 с периодом 5л/2. Положительная полуволна формируется линейным напряжением между фазой 3 и фазами 6 — 8, à 0TpHHàòå lbHBH полуволна — — линейным напряжением между фазой 8 и фазами 3 — 5, слсдук)щаrl HOложительная полуволна — линейным HHllpHженисм между фазой 5 и фазами 8. и 2 и т. д

Порядок включения вентилей указан.

Шестая кривая — выходное напряжение с периодом 9л/4. Положительная полуволна формируется линейным напряжением g0 между фазой 3 и фазами 7 и 8, отрицательная — между фазой 8 и фазами 3 и 4, следую)цая положительная полуволна между фазой 4 и фазами 8 и 1 и т. д.

Седьмая кривая — — выходное напряжение с частотой питания формируется линейным 55 напряжением между двумя фазами 3 и 7.

Последняя кривая — выходное напряжение, частота которого больше частоты питания. Начало )положительного полупериода формируется линейным напряжением между фазами 3 и 7 (включены тиристоры 3 и 151. В момент (l)t=:Çë,/4 включа)от тир)цтор !4 с наименьшим катодным потс пциало»l, поэтому тиристор 5 автоматически отключается и остальная часть полунериода формируется линейным напряжением между фазами 3 и 6. Аналогично, отрицательная полуволна формируется первые л/4 линейным напряжением между фазами 6 и 3,;1 после переключения тока с тиристора 1 на тиристор 10 — линейным напряжением между фазами 6 и 2. Далее процесс Нродолжается в соответствии с указанными номерами включенных тиристоров. Г1сриод оораз) емой кривой равен 7л/4 (частота 8 7 частоты питания).

1 аким образом показано получение раз,113H H hl X ВЫ. 0;3131>l 113 СТОТ вЂ” — ДИ liPPТHOi Tb регулирования !IppffoT;3 2л/8 в диапазоне

4/7b);8/7(>)= 1 с помон1blo естеcTIÇPHH011 коммутации веHTliëpé, причем полуволн 1 напряжения каждой I)I !xo;1H0111 частоты. отличной от частоты питания, формируется линсиным напряжениеxi мcæ 3ó одной и той же фа

:3OI1 HCTO!3 II II I32 l1IITcl HIf H H HCCKO, IbliH X113 ДР> гимн фазами. Для этого в каждом полупср иоде включ а ют один тир истор к1)ТО;3Holi cрх ппы H нссKoлько Т131313сторо)3 а))одной группы. 0,1нако тот же результат можНо получить, вкл)очая один тиристор анодной группы и несколько тиристоров катодной.

Интервалы меж;1 псрскл1очениями тиристоров измеряются целыми числами л/и=л/8, где iil -- число i1) 33 источника.

На фиг. 3 показано регулирование выходного напряжения при неизменной его частоте. В катодной группе в положителыгом полупсриоде л/ 8(

Г1ричем показаны лишь некоторые из возможгц)х комбинаций формирования выходного напряжения заданной частоты. Предлагаемый способ позволяет и регулировать напряжение на нагрх зке путем естественной коммутации тиристоров в такие же фиксированныc мОxlcHты времени, как для регулирования частоты.

С увеличением числа фаз in источника питания Hp только улучшается форма кривой выходного напряжения и уменыиается дискретность регулирования частоты, но и увеличивается диапазон регулирования. Например, при 1)1= 12 регулированием частоты описанным образом -- изменением периода через каждыс 2л/ш=л/6 — можно получить выше частоты питания еще не менее

1309213

5 ча ToT без значительного ухудшения формы кривой, т. е. расширить диапазон

ppl улирования частоты до 1:3. Одновремеггно с ростом числа фаз быстро увеличивается число ступеней регулирования напряжения -- число комбинаций включения анодных вентилей в каждом периоде: при ггг=.=12 это число больше 20.

Работа схемы на активно-индуктивную нагрузку поясняется на фиг. 4, где пред«тг1влены графики напряжения и тока нагрузки (трансформатора 17) и вентилей

18, 9, 21, 22 для примера выходной частоты, равной 2/3 частоты питания (третья кривая, фиг. 2) и коэффициента мощности нагрузки на частоте питания cos(p=0,7/(г=—

=л/4. Там же указаны интервалы проводимосгсй вентилей выпрямительного моста.

Г1еред моментом (г/=7гг/4, когда линейное напряжение между фазами 3 и 1 должно изменить знак, проводят тиристоры 3, l8 II 9, и ток г „трансформатора течет через тиристор 18. Г!осле изменения полярности напряжения включают тиристор 21 и ток первичной обмотки переходит с тиристора 18 на тиристор 21 и включенные перед этим тиристоры 3, 18 и 9 авто11<гтически выключаются (ток тиристора 21

1лл ННх встречный).

Г!ока ток тиристора 2! поддерживается 3IIcðãHåé, накопленной в индуктивности нагрузки, включающей рассеяние трансформатора (в примере интервал гг/4), тиристоры выпряx!Hòåëьного моста включиться Hå могут (во встречном для них направлении действует ЭДС самоиндукции) и линейное напряжение на трансформатор не подается.

И лишь с момента (гг=2гг, когда линейное напряжение стагювится больше ЭДС самоиндукции и тиристор 21 перестает проводить, могут вклгочиться тиристоры 1, !9 и 11.

С момента (»!=! Згг/4, когда напряжение между фазами 1 и 7 изменяет знак, аналогичным образом ток нагрузки переводится с тиристора 19 на тиристор 22 так, что очередные тиристоры 7, 18 и 9 включатся также через интервал л/4. Ток нагрузки непрерывный. Из-за задержки включения части вентилей llpH активноиндуктивной нагрузке— управляющие импуль«ы, подаваемые в фиксированные мом IITI I перехода напряжения через нуль, например импульсы на включение тиристоров 1, 19 и 11 подаваемые в момент а>г= — 7л/4, должны иметь достаточнук1 ширину, перекрывающую эту задержку.

В другом варианте (фиг. 5) обратные тиристоры 21 и 22 Hp устанавливаются.

Пусть, например, еогг(! нагрузки постоянный и на частоте питания равен 0,5 ((р=л/3).

После изменения знака напряжения дела10 ется пауза (из целого числа интервалов квантования л/т) на включение тиристоров, в течение которой ток успевает упасть до нуля, затем тиристоры восстанавливагот управляемость, после чего включаются очередные по программе тиристоры. В примере после момента мг=7л/4 измене(1ия знака напряжения подача управ IHIoIIJHx импульсов прекращается, т, с:. в программе делается пауза, в течение которой тиристоры 3, !8 и 9 гарантированно пере TBIQT пров(>дить и выключаются. Длителыгость паузы Згг/ггг=Зл/8 перекрывает затягивание тока нагрузки (л/3) на время, достаточное для восстановления свойств тиристоров. После паузы включается очередная по программе группа тиристоров 1, 19 и 12. Ток нагрузки

25 имеет llpollvcI H, которые при фиксированном

cos(p не превыц(ают ггт.

Форму,га изо(эретения

Способ преобразоваllèrl ги-фазного напряжения одной частоты в однофазное II3пряжение другой частoгb! путем формирован и я с и о м о г и ь ю " I I p а 13 l я е м о г о Б ы 11 р я м л (. I I и я полуволн однополярного тока и периоди35 ческого изменения 1ю IHpHocTH полуволн этого тока в момеHTû нулевых его значений, отличаюи(ийе.г тем, что, с целью улучшеIIHH качесгва выходных напряжений и тока за счет с11иже1(ия величины их коэффициента гармоник, указанное выпрямление в

4Q пределах упомянутых полуволн осущес1— вляют между потенциалом одной фазы и последовательно следу(огцими во времени наибольшими потеIIIIè (,TàìH других гг фаз, где 2(n<.m---!, (1ричем число гг ycraHaII;!Hвают в зависимости OT значения выходной частоты.

1309213

1309213

Г х х

0 2 2У 52 2Х52 25Х 72

19 г/

Я 2J У

2 5Т

Фиг 4,/

7—

L17

0 Х .I! 5у 2/! Ху Лl ук

2 2

Фиг 5

Составитель Г. Мыцык

Редактор Н. Бобкова Техред И. Верее Корректор Л. Патай

Заказ 1446/51 Тираж 661 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета CCCP по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раугвская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4