Устройство для преобразования частоты

 

Использование: для преобразования частоты переменного тока по принципу преобразования биений напряжения. Сущность изобретения: устр-во содержит источник биения напряжений в виде каскадного преобразователя (1), состоящего из двух асинхронных машин (2, 3), первичные обмотки (4,5) которых подключены к сети (6), а вторичные (7, 8) состоят из секций (9 - 14). Вентильный коммутатор (15) состоит из тиристоров (19 - 54). В блоке (55) выделяется несущая частота, а в распределителе (56) сигналов управления - исходная переключающая функция, согласно которой производится естественная коммутация тиристоров (19 - 36) и со сдвигом 180° - тиристоров (37 - 54). 2 ил., 4 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

PЕСПУБЛИК (я)э Н 02 M 5/27

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фы ии ък

К А8ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4756269/07 (22) 04.11.89 (46) 15.08.93. Бюл. ЬЬ 30 (71) Киевский политехнический институт им.

50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) А.М.Галиновский, В.С.Яковлев, Е.M.Äóá÷àê и С.П.Семидел (56) Авторское свидетельство СССР

t4 1104639, кл. Н 02 M 5/27, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЧАСТОТЫ (57)использование: для преобразования частоты переменного тока по принципу преобИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано для преобразования частоты переменного тока по принципу преобразования биений напряжения, например, в бесконтактных системах возбуждения мощных турбо- и гидрогенераторов.

Целью изобретения является повышение качества формы выходных напряжений и токов.

Иа фиг. 1 приведена принципиальная схема преобразователя частоты; на фиг. 2— временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя.

Преобразователь частоты содержит источник биения напряжений, выполненный в виде каскадного преобразователя 1, состоящего из двух трехфазных асинхронных машин 2, 3, сидящих на одном валу с приводным двигателем (не показан), первичные обмотки 4, 5 первой 2 и второй 3

„„5Q„„1833958 А1 разования биений напряжения. Сущность изобретения: устр-во содержит источник биения напряжений в виде каскадного преобразователя (1), состоящего из двух асинхронных машин (2, 3), первичные обмотки (4, 5) которых подключены к сети (6), а вторичные (7, 8) состоят из секций (9 — 14), Вентильный коммутатор (15) состоит иэ тиристоров (19 — 54). В блоке (55) выделяется несущая частота, а в распределителе (56) сигналов управления — исходная переключающая функция, согласно которой производится естественная коммутация тиристоров (19 — 36) и со сдвигом 180 тиристоров (37 — 54), 2 ил., 4 табл. машин подключены к питающей сети 6, вторичные обмотки 7, 8 первой 2 и второй 3 машин состоят из трех одинаковых трехфаэных секций 9, 10, 11 и 12, 13, 14 соответственно, вентильный коммутатор 15, QQ состоящий иэ трех групп 16, 17, 18 встреч- () но-параллельно включенных тиристоров: (Ъ

19-54, к входам групп 16-18 тиристоров 1954 вентильного коммутатора 15 присоединены начала всех фаэ s», Ь», с»; а21, b21, сг1, аз1, Ьз1, сз1 трехфазных секций 9, 10, 11 вторичной обмотки 7 первой машины 2, концы фаз трехфазных секций 9, 10, 11 вторичной обмотки 7 первое машины 2 соединены с началами фаэ одноименных трехфазных секций 12, 13, 14 вторичной обмотки 8 второй машины 3, причем в первых секциях 9, 12 соединены между собой первые а», а1г, вторые b», b12 и третьи с», с1г фазы, во вторых секциях 10, 13 — первая а21 с третьей с22, вторая b21 с первой а22 и третья С21 со

1833950 (аА = Ia12 + Ia» = Ем$!П Вн СО$ Lt>t

ВА = Ib12+ !ь» = Емз!п(в,| — 120 jcos вв сА = !с12 + Ic» = Емз!п(вне — 240 )сОз вб1 аВ = Ib22 + !с21 = Емз!и внссоз(в61 — 120 )

lbB = !с22 + Ia21 = Емз!п(вне-120 )соз(оМ вЂ” 120 )

ICB = Ia22 + Ib21 =- Емз!п((Лнс-240 )соз(вМ-240 ) аС = !сзг + !Ь31 = Емв!П ВнХСОЗ(ВГД вЂ” 240 )

lb 8 = !а32 + !с31 = Емз! п(внт — 120 )соз(вб| — 240 ) (фиг, 2а) (фи г,2б) (фиг.2в) laC = !ь32 + la31 = Емз!п(ЙМ 2400)с0$(о>бт — 240 ) второй b22 фазами, в третьих секциях 11, 14 — первая а31 со второй Ьзг, вторая b31 с третьей сзг и третья с31 с первой азг фазами, блок 55 выделения несущей частоты, выход которого соединен с входом распределителя 56 сигналов управления. выходы которого подключены к управляющим электродам тиристоров 19 — 54 вентильного коммутатора 15, и трехфазную нагрузку

57, подключенную к выходам всех групп

16 — 18, тиоисторов 19 — 54 вентильного коммутатора 15, Трехфазная нагрузка 57 выполнена разделенной на две одинаковые секции 58, 59, причем выводы каждой фазы А1, 81, С1 первой секции 58 нагрузки 57 присоединены к первым выходам соответствующих групп

16-18 тиристоров 19-54 вентильного коммутатора 15, а концы фаз А1, 81, С1 первой секции 58 нагрузки 57 объединены, концы каждой фазы А2, 82, С2 второй секции 59 нагрузки 57 подключены ко вторым выходам соответствующих групп 16 — 18 тиристоров

19 — 54 вентильного коммутатора 15, а начала фаз А2, 82, С2 второй секции 59 нагрузки 57 объединены, концы фаз трехфазных секций

Здесь ! аА,...,icC — суммарная ЭДС соответствующих фаз;

4»,.Д,!с31 — ЭДС СООтВЕтСтВУЮЩИХ фаэ первой машины 2; ! а12, ",!сзг — ЭДС СООтВЕтСтВуЮщИХ фаэ второй машины 3;

Ем — амплитудное значение ЭДС: вн — несущая частота в — частота биений, Эти ЭДС можно получить, если одна из машин (например, первая машина 2) работает в режиме электромагнитного тормоза, а вторая машина 3 — в режиме генератора (см.

12, 13, 14 вторичной обмотки 8 второй машины 3 объединены — первая фаза а12 первой секции 12 со второй фазой b22 второй секции 13 и с третьей фазой сзг третьей секции 14, вторая фаза b12 первой секции 12 с третьей фазой с2г второй секции 13 и с первой фазой азг третьей секции 14, третья фаза с12 первой секции 12 с первой фазой а22 второй секции 13 и со второй фазой b32

10 третьей секции 14, а входы блока 55 выделения несущей частоты присоединены к началам фаз а», b», с» вторичной обмотки 7 первой машины 2. (Выделение несущей частоты может быть осуществлено и другим способом, например, аналогично описанному в а.с, СССР N 1046839, фиг. 2).

Преобразователь частоты работает следующим образом, Первичные обмотки 4, 5 трехфазных

20 асинхронных машин 2, 3 подключены к питающей сети 6 таким образом, чтобы вращение создаваемых ими полей осуществлялось в противоположных направлениях, Тогда нат выходах всех фаз вторичных обмоток 4, 5, соединенных между собой наводятся суммарные ЭДС:

"Теория и методы расчета асинхронных турбогенераторов". Под ред. И.М, Постникова. — Киев: Наукова думка; 1977, с. 115—

118), Биения напряжений поступают на входы блока 55 выделения несущей частоты, в результате чего на его выходе, а следовательно, и на входе распределителя 56 сигналов управления выделяются напряжения несущей частоты (фиг. 2г). Выделение несущей частоты осуществляется аналогично описанному в кн. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. — M,: Советское радио, 1971 г„стр, 195.

1833958

55

В распределителе 56 сигналов управления из напряжений несущей частоты выделяется исходная переключающая функция (фиг. 2д,е,ж,з,и,к). сигналы которой подаются на входы тиристоров 19-54, причем на тиристоры 19 — 36 (фиг. 2д,е,ж) и

37-54 (фиг. 2з,и,к) сигналы подаются в противофазе, т.е. со сдвигом Hà 180 . Выделение исходной переключающей функции осуществляется аналогично описанному в книге Л. Джюджи, Б. Пелли Силовые полупроводниковые преобразователи частоты,—

М.; Энергоатомиздат, 1983 г„стр. 52.

В течение одного периода модулирующего напряжения низкой частоты сигналы управления на тиристоры 19 — 36 подаются в мометы времени 0>, Ь, 6 „,., 5s (фиг. 2д, 2е, 2ж), а на встречно включенные тиристоры 37 — 54 — в моменты времени 0z, 04, бв„... в (фиг, 2з, 2и, 2к). Коммутация тиристоров показана в табл, 1 — 4, В моменты перехода тока нагрузки через нуль коммутация тиристоров происходит автоматически, согласно показанному в табл. 2.

В моменты перехода тока через нуль коммутация тиристоров происходит автоматически, согласно показанному в табл. 4.

В результате такой естественной коммутации тиристоров 19 — 54 вентильного коммутатора 15 на первой секции 58 трехфазной нагрузки 57 появляется напряжение: на фазе A> — UAi (фиг, 2л), на фазе B>—

Ua1 (фиг. 2м), на фазе С вЂ” Uc< (фиг. 2н), и через фазы первой секции 58 будет протекать ток, первая гармоника которого показана на фиг. 2н, На второй секции 59 трехфазной нагрузки 57 появляется напряжение: на фазе Az — Uaz (фиг. 2р), на фазе

B2 — UB2 (фиг. 2с), на фазе С вЂ” Ucz (фиг.

2м), и через фазы второй секции 59 будет протекать ток, первая гармоника которого показана на фиг. 2у.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить качество формы кривых выходных б напряжений и токов за счет потенциального разделения обмоток источника биения напряжений и разделение нагрузки на две одинаковые секции, причем поскольку одноименные фазы каждой секции нагрузки магнитосвязаны между собой и подключены таким образом, что мгновенные значения выходных токов в них совпадает по направлению, то создается намагничивающая сила, равная удвоенному значению намагничивающей силы каждой обмотки. При этом первые высшие гармоники пульсаций напряжения в обеих секциях сдвинуты по фазе на 180, что и

35 приводит, благодаря электромагнитной связи, к увеличению намагничивающей силы обмоток.

Формула изобретения

Устройство для преобразования частоты, содержащее источник биения напряжений, выполненный в виде каскадного преобразователя, состоящего из двух трехфаэных асинхронных машин, сидящих на одном валу с приводным двигателем, первичные обмотки обеих трехфазных асинхронных машин подключены к входным выводам, подсоединяемым к питающей сети, вторичная обмотка каждой трехфазной асинхронной машины состоит из трех одинаковых трехфазных секций, а также вентильный коммутатор, состоящий из трех групп встречно параллельно включенных тиристоров, к входам этих групп тиристоров присоединены начала всех фаз трехфаэных секций вторичной обмотки первой трехфазной асинхронной машины, концы фаз трехфазных секций вторичной обмотки первой трехфазной асинхронной машины соединен с началами фаз одноименных трехфазных секций вторичной обмотки второй трехфаэной асинхронной машины, причем в первых секциях соединены между собой первые. вторые и третьи фазы, во вторых секциях— первая с третьей, вторая с первой и третья с второй фазами. в третьих секциях — первая с второй, вторая с третьей и третья с первой фазами, .блок выделения несущей частоты, выход которого соединен с входом распределителя сигналов управления, выходы которого подключены к управляющим электродам тиристоров вентильного коммутатора, и трехфазный электромагнитный узел, подключенный к выходам всех групп тиристоров вентильного коммутатора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью снижения искажений выходных напряжений и токов, упомянутый электромагнитный узел выполнен разделенным на две одинаковые и магнитосвязанные между собой секции, причем начала каждой фазы первой секции этого узла присоединены к первым выходам соответствующих групп тиристоров вентильного коммутатора, концы фаз первой секции узла объединены, концы каждой фазы второй секции узла подключены к вторым выходам соответствующих групп тиристоров вентильного коммутатора, начала фаэ второй секции электромагнитного узла объединены, концы фаз трехфазных секций вторичной обмотки второй трехфазной асинхронной машины объединены — первая фаза первой секции с второй фазой второй секции и с третьей фазой третьей секции, 1833950 третьей секции, д входы блока выделения несущей частоты присоединены к началам фаэ вторичной обмотки первой трехфдзной асинхронной машины.

5 вторая фаза первой секции с третьей фазой второй секции и с первой фазой третьей секции, третья фаза первой секции с первой фазой второй секции и с второй фазой

Таблица 1

Фазы, по которым протекает ток

Тиристоры

Примечание закрываюЩиЕСЯ открывающиеся

И н де рта рн ый режим в фазе А

24, 30, 35

20, 26, 31

Инверторный режим в фазе В

Ь11, Ь12; 821, С22; С31, д32

С11, С12; Ь21, д22, 831, Ь32

22, 27, 33

24, 30, 35

20, 25, 31

22, 28, 33 см. табл. 2

Таблица 2

Момент времени

®

О11

О13

О15

О17

О18

021

Огз

Ог

%7

Ов

ЯЗ1

22, 28, 33

23, 30, 35

19, 26, 31

21, 28. 33

23, 30, 35

19, 26, 32

21, 28, 24

23, 29, 36

19, 25, 32

21, 27, 34

24, 29, 36

20, 25, 32

22, 27, 34

24, 29, 35

20, 25, 31

20, 26, 31

21, 28, 33

23, 30, 35

19, 26, 31

21; 28,34

23, 30, 36

19, 26, 32

21, 27, 34

23, 29, 36

19, 25, 32

22, 27, 34

24, 29, 36

20, 25, 32

22, 27, 33

24, 29, 35

811, д12, С21, Ь 22. Ь31, С32

b11 Ь12 821, с22; с31 832 с11, c12: Ь21, 822 831, Ьзг

811, 821; с21, Ь22; Ь31, с32

Ь11 Ь12 с21 с22 с31 832

С11, С12; Ь21, 82? 831, Ь32

811 812, с21, Ь22, Ь31, с32

Ь11, Ь12; 821, С22 С31 832

С11, С12, Ь21, 822; 831, Ь32

811, 812 с21, Ь22, Ь31, с32

Ь11, Ь12 821 с22 с31 д32 с11 С12 Ь21, 822 831, Ь32

811, 812, С21, Ь22, Ь31, С32

Ь11,Ь12, 821,С22, С31, 832

С11, С12; Ь21, д22, д31, Ь32 д11 812; с21, Ь22; Ь31 с32 см. табл, 2

Инверторный режим в фазе С см, табл. 2

Инверторный режим в фазе Д см. табл, 2, Инверторный режим s фазе С см. табл, 2

Инверторный режим в фазе В

1833958

Тиристоры закрывающиеся открывающиеся

39, 46, 50

41, 47, 52

41, 48, 52

39, 44, 54

37, 44, 54

39, 45, 50 см. табл. 4

Момент времени

01О

612 14 16

018

0zo

%2

%4

%8

%о

64

37, 43, 54

40, 45, 50

42, 47, 52

38, 43, 54

40, 45, 49

42, 47, 51

38, 43, 53

40, 46, 49

42, 48, 51

38, 44, 53

39, 46, 49

41, 48, 51

37, 44, 53

39, 46, 50

41, 48, 52

41, 47, 52

38, 43, 54

40, 45, 50

42, 47, 52

38; 43, 53

40, 45, 49

42, 47, 51

38, 44, 53

40, 46, 49

42, 48, 51

37, 44,53

39, 46, 49

41, 48, 51

37, 44, 54

39, 46, 50

Фазы, по которым протекает ток сll С12; Ьг1, агг; 831 Ьзг

811, а1г; сг1, Ьгг: Ь31, сзг

bll, Ь12, 821, с22; с31, 832 с11, с1г; b21, агг; 831, Ьзг

811 812 С21 Ь22 Ь31 С32

Ьll, Ь12 821, с22 с31 832

Сll, С12; Ь21, 822; Ь31, Ь32

811, 812; с21, Ьгг; Ь31, сзг

Ь11, Ь1г: 821, сгг, с31. 832

Сll, С12; Ь21, 822; 831, Ь32

811, 812; с21 Ь22; Ь31, с32

Ь21, Ь12; а21, с22: с31, а32 с11, с12, Ь21, 822; 831, Ь32

811, 812 сг1. Ьгг; b31 сзг

b11 Ь12; 821. Сгг; с31, 832 сl l, с12; Ь21, 822; 831, Ь32

811, 812; с21, Ьгг: Ь31, сзг

b11 Ь12, 821, с22: с31. 832

Таблица 3

Примечание

Инверторный режим в фазе А см. табл. 4)

Ин верторный режим в фазе С см, табл. 4

Инверторный режим в фазе В см, табл. 4

Инверторный режим в фазе А см. табл, 4

Инверторный режим в фазе С см. табл, 4

Инверторный режим в фазе В

Таблица 4

1833958 с008 ЮВ Рс В

ЕОЕ ЕгС ЕОС

Юиг.28 ю УО 8I0 Уи д,ю 855

Фыр.2а

1833958 ((1) j111! j I I I I j j1! I (!

1!! !! !1ю! !! !11!1! Р!!! !1!!1! !1! (1I (!!1 !!!!1!1 l!s I > !111 11

1!1!1!!!1! III!, !! 11, !11 11 ! !! !!

1!1! !11! жи).2e »l I ! ! 1! 1 (I11 1 1!11!1!11

111 t 11111 l 1!1

I I I 1!

11 ) j I I !Фиг2ж! 11111111 11

I 1 !! !1111! I I I I I

I j I > I l I I ll! I 1 ! 1 I I !! ! I ! I ! !

l1I1 I < I! аг-ф i ! I ! ! I, ! l I ! 1 I ! ! 1 I,! 1 ! !

1f ! 1 1! II IIII!! I! I 11! ) !111 с.л

If 411 ! !

) I J (8s

8ro Hag

Ваа 6 гу 6 а 8 а м 2к! !! Фиг. Гл р Фм2л

I

17 йю !Уз(!Ел Ияк

Юю !8»

Фиг.2н

I

1 ! I l I I 1 р1) 1 I! ! ) ! 1 ! 1 1

111!1!11!1!11

1!! ! j 1

1! Ф ! ! ! !

I !! (I!1 !!!!! !

I! I! I!

I ! !

1111 I i

11 I

1833958 II st.2ï

V! 62 ЮФ а led A 8e !

I и !Юм As Мм юэ ач яц. ! э.г !

Составитель А. Галиновский

Техред М.Моргентал Корректор,C. IleKapb

Редактор Л. Павлова

Заказ 2691 Тираж 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,te Юк У» !Issa l8a

ФиаЯс

-ь