Преобразователь частоты

 

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано в системах вторичного электропитания с частотой ниже сетевой частоты. Целью изобретения является повышение надежности путем исключения бросков зарядного тока. Преобразователь содержит два однофазных тиристорных моста 2 - 5 и 7 - 10, получающих питание от однополупериодного управляемого выпрямителя на тиристоре 12 с выходным конденсатором 11. Цель достигается соответствующим соотношением значений емкости конденсатора и параметров нагрузки, а также соответствующими алгоритмам управления тиристорами преобразователя. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s Н 02 М 5/45

ГОСУДАРСТВЕННЫМИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4395822/24-07 (22) 21.03,88 (46) 30.12.90. Бюл, t4 48 (71) Псковский филиал Ленинградского политехнического института им. М,И,Калинина (72) А.И.Маркевич, A,А.Иванов, P,А.Полянский и B.À.Èâàíoâ (53) 621.314.27(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1365295. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ (57) Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть ис. 54k 1617575 А1 пользовано в системах вторичного электропитания с частотой ниже сетевой частоты.

Целью изобретения является повышение надежности путем исключения бросков зарядного тока, Преобразователь содержит два однофазных тиристорных моста 2-5 и

7-10, получающих питание от однополупериодного управляемого выпрямителя на тиристоре 12 с выходным конденсатором.11.

Цель достигается соответствующим соотношением значений емкости конденсатора и параметров нагрузки, а также соответствующими алгоритмам управления тирйсторами преобразователя. 2 ил.

1617575

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использсвано для электропитания приемников непромышленной частоты, а также в устройствах автоматики, телемеханики, связи и т.п.

Цель изобретения — повышение надежности путем исключения бросков зарядного тока.

На фиг. 1 представлена электрическая схема преобразователя частоты; на фиг, 2— временные диаграммы, поясняющие его работу, в частности при делении частоты на два.

Преобразователь содержит управляемый инвертор 1, образованный тиристорами 2-5, подключенный шинами питания встречно-параллельно к управляемому инвертору 6,. образованному тиристорами 7—

10 (фиг. 1). Параллельно выводам постоянного тока инверторов 1 и 6 подключен конденсатор 11. Для заряда конденсатора 11 от первичной сети в положительные полупериоды служит управляемый ключевой элемент 12. Со стороны выводов переменного тока инверторов последовательно с нагрузкой 13 включен дроссель 14. Конденсатор 11, дроссель 14 и нагрузка 13 образуют колебательный контур. Для вывода соотношения между емкостью конденсатора 11 и индуктивностью дросселя 14 с учетом полного сопротивления нагрузки 13 используют формулу для расчета частоты колебательного контура (1) где в„- собственная условная частота колебател ь ного контура; — индуктивность колебательного кон. тура;

С вЂ” емкость колебательного контура;

RH — активное сопротивление нагрузки.

Из принципа работы преобразователя следует, что частота колебательного контура в общем случае связана с частотой первичной сети, питающей преобразователь (фиг. 2), следующим образом

2 и 4mf<

n — 0,5 n — 0,5 (2) где n — четное число, на которое делится частота первичной сети; а = 2 u f< — угловая частота первичной сети;

fc — частота первичной сети.

Активное сопротивление нагрузки RH через мощность и напряжение основной гармоники (частота этой гармоники >авна частоте нагрузки fH = fc/n) выражается так

U U соз а

R = Zcos cp = — сов y —, (3)

S Р где Z — полное сопротивление нагрузки для основной гармоники;

cosp — коэффициент мощности нагрузки по основной гармонике;

5 U — действующее значение основной гармоники напряжения на нагрузке;

S, P — полная и активная мощности по основной гармонике.

Аналогичным образом определяется

10 выражение для индуктивности колебательного контура (с учетом индуктивности нагрузки)

L = Lllp. + LH, (4) где др — индуктивность дросселя;

15 L — индуктивность нагрузки, X=Z" sing= — cos @sin р =, (5)

U2 U2 э(п 2

P 2Р где X — индуктивное сопротивление нагрузки для основной гармоники

20 х пх -н = обем QJc (6) где = 2ztf — угловая частота тока и напряжения на нагрузке.

Подставляя выражение (5) в формулу (6), получим

2 Рис (7)

Подставляя выражение (7) в формулу (4)

n U sin 2 rp (8)

2 Рв

Подставляя выражения (8) и (3) в выражение(1) и с учетом(2), найдем соотношение

35 для активно-индуктивной нагрузки

2 -oo .Poo + U |o (9)

oofoi2oooI+ О i тл г(-oogu г Кг

Блок 15 управления (фиг. 1) содержит синхронизированный с сетью задатчик час40 таты в виде формирователя 16 импульсов прямоугольной формы и делителя 16 частоты импульсов, одновибраторы 18 — 19, узел

20 задержки, распределители 21 — 22 импульсов, сумматоры 23-?4 и усилительноразвязывающие узлы 25 — 27.

45 Формирователь 16 импульсов преобразует синусоидальный сигнал в прямоугольные импульсы (фиг, 2в), а также осуществляет гальваническую развязку между первичной сетью и блоком управле.

50 ния. В качестве формирователя 16 могут быть использованы, например, оптоэлектронные коммутаторы логических сигналов или оптоэлектронные ключи.

Для деления частоты импульсов приме55 няется делитель 17 частоты, в качестве которого может быть использован счетчик импульсов с коэффициентом деления, выбираемым в зависимости от выходной частоты преобразователя (фиг, 2г).

1617575

Одновибрэтсры 18 и 19 (»эгр1мер, и;I тегрэльные микрссхелы К155А 3) срабатывают ссответствен о to г1ереднему и заднему фронтам выходного сигнала делителя частоты (фиг. 2д и) и формируют i мпульсы задаваемой длительности Узел 20 задержки служит для создания задержки выходных импульсов однсвибсэт: ра 18 190 эл,град. (фиг. 2е). Для распределе1 ив кпульсов между выходными у".t!rt.; tpttbt!орэзвязывающими узлами 25 и 2 ; применяются двухкэнальнь1е рэсiпегел тели 21 и 22, Сумматоры 23; 4 выполнены двухвходовыми и служат для суммированиa сигналов, поступающих нэ их входы. УсилительнО-развязывающие узлы 2 26 фср>лируют управляющие импульсы достэточ,<си мощности и выполнены с несколькими галь ванически развязанными выхсдэмл.

Преобразователь при дел нии «эстсть на два работает следующим обэаэс

При поступлении на вход пр =бразсвэтеля положител ьн ой полувол н ы э .. ря к:— ния первичной сети 01 В мом нт to 1ôè, 2":;) на управляющий электрод тиристора 1, (фиг, 1) поступает импульс управл . ия + г, 2д), тиристор 12 открывается, и с этогс мсмента до момента tt,t

В момент т1 процесс заряда конден "атора 11 прекращается и тиристср 112 закрывается. В дал ьнейшем заряженный конденсатор 11 разряжается по кс,;ебэте".— ному закону в течение одного периода Ina нагрузку 13 чеоез дроссель;4 с момент t t до момента;4 (фиг, 2а. б) п и открыаани, тиристоров 2 и 3 управляемого инвертсрэ и тиристоров 7 и 8 управляемогс инвертсрэ

6. При этом в момент т1 Открывэ,отся тиристоры 2 и 3 и с этого момента до момента (фиг. 2а, б) через нагрузку 13 и рсгекаат по ложительнэя полуволнэ синусоидально с тока (фиг. 26). Длительность поотекэния тока обеспечивается выбором емкос-и конденсатора 11 и индуктивнссти дросселя 14 согласно формуле (9). По окончанию положительной полуволны тока 1 момен тз тирлсторы 3 и 4 закрываются, а тиоисторь 7 и 8 управляемого инвертора 6 открываются, и с этого момента до момента t4 (фиг. 2а, б) через нагрузку 13 протекает отрицательная полуволна разрядногс тока. По окончэ ию отрицательной полуволны TQKa ".. момент тл тиристоры 7 и 8 закрываются, а тисистср 12 открывается, и с этого момента до момента

ts конденсатор 11 вновь заряжается до амплитудного значения напряжения U> прежней полярностью. В моме iT ts процесс заряда прекращается и Tnt",nctoð 12 закры- : вается, С этсгс момента кон, енса roo 11 разо«х<эется на нагрузку 13 по колебательному зэка tv в те ение одного периода до момен5 тэ ta (фиг. 2а, б) при открывании т IptncTopos

4 и 5 упрэлля эмого инвертсрэ 1 и тиристоров 9,", 10 упраьляемогз инэертсра 2. При .=этом,ок «рроа нагруэк. протекает в проти" лсжнсм . -павлении г,с сравнению с и!;з, ь м;t".риодсм. Долее -рсцсссы повто;>.; ю-ся.

Для обесг -«e. èÿ протекания положител ННх пслуг pt!t тока через тиристоры 2 и

3 (9-и 10) и отрицательных полуволн тока

15 чер»; ирис-1сры 4 и 5 (7 и 8) ;мпульсы уп.„,1Вления н.-t!1x управляющие электроды посту, ОтcooTBpò;.Tt.åttío в моме,,т tt (тт)(фиг..

".:,л) L1 - tnöt tåн. ta, Е.,) (фиг. 2з. к), ; 1ес P. Гэрмсни1<и выходного тока 12 и

20 I-:ao-.яжечля .J, 1. Ог эстоту f„- В два раза «КЬШуго, Е Л «ЗС Ст ft НаПряжЕНИя СЕТИ 1 —, 20). Бс кс денсэтср : 1 ",ã".;ð, ÿæàòü не

t,"Х., Iîй П: ЛС.,,:.ЛЬНОй ПСЛУВОЛНЫ НЭпряж .» ия ОГ 11, э «врез одну, две и т,д. с

25 ПССЛСду;Окцнги ОазрядСМ И Прй СООтВЕтСтВуt-.ще:л выборе;.мкссти конденсатора 11 и инд,кгивнссти дросселя 14, частота будет лег tnтьс cooTpoãcòâåttío на 4, 6 и т.д.

Оcy+ot.твлен е разряда конденсатора

30 11 В -,ечение одного периода позволяет иск-, лк::ить броски зэр: дно.-о Tot =". в свяэР с тем, чт н-;чэльнсе напр«жение на конденсаторе при "."-.ðr,p и.-.еет ту жа полярность, что и ) напряжение пср !I«ttott сети, и поэтому кон-.

35 .енса;ср,нждый рээ лишь доэаряжается.

< н:,

Бросок зэсяднсгс тока Во время пуска преобразователя устраняется трэдицион10 нынл м.tor1a ли, наприtt р, используя предВЭР"тЕЛЬНЬ и ЗаРЯД КОНДЕЧСатОРа От

t;оo.-.-ОрОннего исто«н п.ë питания. Напри е . В;треч Io-rtaparr.ель»с включенные тиpttcTnpbI 2 и 9, 3 и 10, 4 и 7, 5 и 8

45 г .. Ot.;.ээовэтеля могут быть заменены четырьмя симисторэ ли.

Оормула изобретения г".реобрээсвэтель частоты. содержащий о,,,, :люченную к входным вь.водам цепочку

50 1 3 последовательно "сединенных управляемсгс ключевого элемента и конденсатора, подключенный к обкладкам этого конденсатора шинами питания однофаэный MocTQ вo;:t It«вертср с дросселем В ыходной цепи, 55 -; также блок управления, включающий в себ-: ээдатчик час сть» выполненный в виде г:следовательно соединенных м=жду собой фot ..1 1ровэтеля прямоугольных импульсов и Iи Геля частоты, первый Одновибратор, последовательно соединенные между со1617575 бой узел задержки и первый двухканальный распределитель импульсов, три усилительно-развязывающих узла с несколькими гальванически развязанными выходами, причем входй блока управления соединены с входными выводами преобразователя для подключения к первичной сети и входами формирователя прямоугольных импульсов, первый выход блока управления соединен с выходом первого усилительно-развязывающего узла и управляемым входом ключевого элемента. а второй и третий, четвертый и пятый выходы блока управления, соединенные соответственно с первыми и вторыми выходами второго и третьего усилительноразвязывающих узлов, подключены к управляющим входам диагонально расположенных тиристоров мостового инвертора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем исключения бросков зарядного тока, он дополнительно снабжен вторым однофаэным мостовым инвертором, подключенным шинами питания встречно-параллельно к первому инвертору, а блок управления преобразователя снабжен двумя двухвходовыми сумматорами и последовательно соединенньгми между собой вторым одновибратором и вторым двухканальным распределителем импульсог„причем первые входы первого и второго сумматоров подключены соответственно к первому и второму выходам первого распределителя импульсов, а вторые входы — к соответствующим выходам второго распределителя импульсов, вход второго одновибратора подключен к соединенным между собою выходу упомянутого делителя частоты импульсов и входу первого одновибратора, к выходу ко5 торого подключены входами первый усилительно-развя эывающий узел и узел задержки, входы второго и третьего усилительно-развязывающих узлов соединены соответственно с выходами первого и вто10 рого сумматоров, шестой и седьмой, восьмой и девятый выходы блока управления, подключенные соответственно к третьим и четвертым выходам второго и третьего усилительно-развязывающих узлов, соединены

15 с управляющими входами диагонально расположенных тиристоров второго инвертора, а значения емкости С конденсатора и индуктивности Lqp дросселя связаны между собой соотношением

2 и О Р Р +nLPstn2

° «fl(3Pw +n аа2у +(n -03 еое ф где п — четное число, на которое делится частота первичной сети;

25 P — активная мощность нагрузки по основной гармонике; в — угловая частота первичной сети;

Π— действующее значение напряжения основной гармоники на нагрузке;

30 sing — угол между активной и реактивной составляющими тока на основной гармонике; соз p — коэффициент мощности нагрузки по основной гармонике.

Фиг. Z

Составитель Г. Мыцык

Редактор М, Келемеш Техред М.Моргентал Корректор Л. Патай

Заказ 4126 Тираж 497 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101