Преобразователь частоты 50/400 гц

Авторы патента:

Шейченко Юрий Иванович (RU)

Ерина Марина Александровна (RU)

Горяинов Михаил Фёдорович (RU)

Хабаров Алексей Николаевич (RU)

Гунько Виталий Алексеевич (RU)

Ядыкин Виктор Семёнович (RU)

H02M5/297 - для преобразования частоты

Владельцы патента RU 2433518:

Общество с ограниченной ответственностью научно-производственное предприятие "Ставропольские инновации в промышленности" ООО НПП "Ставинпром" (RU)

Изобретение относится к преобразователям частоты, в частности к умножителям трансформаторного типа, и может быть использовано в качестве источника питания потребителей тока 400 Гц. Технический результат изобретения - улучшение качества выходного напряжения преобразователя частоты. Преобразователь частоты 50/400 Гц содержит трехфазный трансформатор, на каждом стержне которого расположены четыре первичные обмотки, объединенные в две пары. Обмотки каждой пары соединены последовательно. К свободным концам каждой пары обмоток подключены встречно-параллельно соединенные транзисторы. Общая точка соединения обмоток и общая точка соединения встречно-параллельно соединенных транзисторов подключены к зажимам источника питания, причем первая пара обмоток подключена к фазным зажимам источника питания, а вторая пара обмоток подключена к линейным зажимам источника питания. Сдвиг фаз между фазным напряжением, приложенным к первой паре обмоток, и линейным напряжением, приложенным ко второй паре обмоток, составляет угол π/2. От каждой первичной обмотки трансформатора сделан отвод, присоединенный через пару встречно-параллельно соединенных транзисторов к точке присоединения транзисторов соответствующей обмотки к фазе источника питания. Задание системой управления определенных режимов работы транзисторов позволяет формировать из питающего напряжения кривые выходного напряжения частотой 400 Гц и с одинаковыми амплитудами за счет равномерного распределения напряжения по виткам первичных обмоток. 2 ил., 1 табл.

Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к преобразователям частоты, в частности к умножителям частоты трансформаторного типа, и может быть использовано в качестве источника питания потребителей тока 400 Гц.

Уровень техники

Известен удвоитель частоты (см. Удвоитель частоты / Патент на изобретение РФ №2279177, МПК Н02М 5/16, приоритет 09.03.2005. Опубликовано 27.06.2006, Бюл. №18), содержащий трансформатор, на каждом стержне которого расположены четыре первичные обмотки, объединенные в две пары, каждая из которых замкнута на пару согласно включенных транзисторов. Недостатком этого удвоителя является несинусоидальность выходного напряжения, при которой коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения близок к предельно допустимому значению, что значительно сокращает область применения данной разработки.

Известен также трехфазный умножитель частоты (см. трехфазный умножитель частоты / Патент на изобретение РФ №2280309, МПК Н02М 5/297, приоритет 09.03.2005. Опубликовано 20.07.2006, Бюл. №20). Недостатком этого трехфазного умножителя частоты является то, что при формировании результирующей ЭДС в выходной обмотке трансформатора при наложении на ЭДС основной фазы дополнительных ЭДС, наведенных от других фаз трансформатора, для получения кривой результирующего напряжения близкой к синусоиде необходим определенный угол включения транзисторов, что ограничивает возможности стабилизации выходного напряжения при изменении нагрузки.

Прототипом предлагаемого устройства является статический преобразователь частоты (см. статический преобразователь частоты / Патент на изобретение РФ №2358378, МПК Н02М 5/297, приоритет 24.03.2008. Опубликовано 10.06.2009, Бюл. №16). Недостатком этого преобразователя частоты является то, что при формировании выходного напряжения амплитудные значения кривых напряжений, полученных при работе транзисторов в периоды от отличаются от амплитудных значений кривых напряжений, полученных в периоды от

(где n=0, 1, 2, 3, 4, …), что приводит к значительному искажению кривой выходного напряжения преобразователя частоты и, соответственно, наличию высших гармоник.

Раскрытие изобретения

Технический результат изобретения - улучшение качества выходного напряжения преобразователя частоты.

Указанная цель достигается тем, что в статическом преобразователе частоты, являющимся прототипом (см. статический преобразователь частоты / Патент на изобретение РФ №2358378, МПК Н02М 5/297, приоритет 24.03.2008. Опубликовано 10.06.2009 Бюл. №16), от каждой первичной обмотки трансформатора сделан отвод, присоединенный через пару встречно-параллельно соединенных транзисторов к точке присоединения транзисторов соответствующей обмотки к фазе источника питания. Задание системой управления определенных режимов работы транзисторов позволяет формировать из питающего напряжения кривые выходного напряжения частотой 400 Гц и с одинаковыми амплитудами за счет равномерного распределения напряжения по виткам первичных обмоток.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 приведена принципиальная схема одной фазы преобразователя частоты 50/400 Гц. На фиг.2 приведены изменения кривых фазного и линейного напряжений, наведенных в обмотках трансформатора, при получении выходной частоты 400 Гц при условии, что ЭДС самоиндукции отсутствует, и преобразователь работает без нагрузки.

Преобразователь частоты 50/400 Гц (фиг.1) состоит из силового трансформатора (1) и силовых транзисторов (7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22). На каждом стрежне трансформатора расположены четыре первичные обмотки (2, 3, 4, 5), объединенные в две пары. Обмотки каждой пары между собой соединены последовательно. К свободным концам каждой пары обмоток подключены встречно-параллельно соединенные транзисторы, и от каждой первичной обмотки трансформатора сделан отвод, присоединенный также через пару встречно-параллельно соединенных транзисторов к общей точке присоединения транзисторов к источнику питания. Общая точка соединения обмоток и общая точка соединения встречно-параллельно соединенных транзисторов подключены к зажимам источника питания. Причем первая пара обмоток подключена к фазным зажимам источника питания, а вторая пара обмоток подключена к линейным зажимам источника питания. Сдвиг фаз между фазным напряжением, приложенным к первой паре обмоток, и линейным напряжением, приложенным ко второй паре обмоток, составляет угол π/2.

Рассмотрим работу преобразователя частоты 50/400 Гц. На первичные обмотки трансформатора (2, 3, 4, 5) подаются через встречно-параллельно включенные транзисторы (7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) фазное U_AN и линейное U_BC напряжения, сдвинутые относительно друг друга на угол π/2. Кривые изменения этих напряжений во времени показаны на фиг.2. В момент времени t₀ включается транзистор 16 и по обмотке 4 начинает протекать ток. В момент времени t₁ транзистор 16 выключается, включается транзистор 22, и по обмотке 5 начинает протекать ток. Поскольку полярность подключения к напряжению источника питания обмотки 5 противоположна полярности подключения к напряжению источника питания обмотки 4, ток и, соответственно, наведенное напряжение, формируемое в выходной обмотке 6, имеют противоположный знак по отношению к току, протекающему по обмотке 4. Соответственно в момент времени t₂ включается транзистор 13 и по обмотке 3 начинает протекать ток, но поскольку полярность подключения данной обмотки к источнику питания противоположна полярности подключения обмотки 2, то в данном случае напряжение, наведенное в выходной обмотке 6, имеет противоположную полярность по отношению к питающему напряжению U_AN, в момент времени t₃ транзистор 13 выключается и включается транзистор 7. Дальнейший порядок включения показан в табл.1.

Таблица 1 - Порядок включения транзисторов

В результате данной последовательности работы транзисторов в выходной обмотке трансформатора формируется ЭДС в 8 раз большей частоты, чем питающее напряжение и с равными амплитудными значениями для каждого участка кривой, сформированной из питающего напряжения.

На фиг.2 приведены кривые напряжений на первичных обмотках трансформатора: (а) - подключенных к фазному напряжению источника питания, (б) - подключенных к линейному напряжению источника питания. На фиг.2 (с) показано результирующее напряжение U_вых на вторичной обмотке трансформатора.

Экспериментальные исследования заявляемого преобразователя частоты показали, что по сравнению с устройством аналогичного назначения (прототип) данное устройство позволяет получить выходное напряжение с лучшим гармоническим составом за счет исключения четвертой гармоники и уменьшения амплитуды двенадцатой гармоники на 30%.

Преобразователь частоты 50/400 Гц, содержащий транзисторы и трансформатор, на каждом стрежне которого расположены четыре первичные обмотки, объединенные в две пары и подключенные к сети через встречно-параллельно соединенные транзисторы таким образом, что общая точка соединения транзисторов, подключенных к первой паре обмоток, и точка соединения первой пары обмоток подключены к фазному напряжению источника питания, а общая точка соединения транзисторов, подключенных ко второй паре обмоток, и точка соединения второй пары обмоток подключены к линейному напряжению источника питания, сдвинутому на угол π/2 по отношению к фазному напряжению, отличающийся тем, что от каждой первичной обмотки трансформатора сделан отвод, присоединенный через пару встречно-параллельно соединенных транзисторов к точке присоединения транзисторов соответствующей обмотки к фазе источника питания.

Способ скалярного управления (3×3)-фазным матричным преобразователем частоты // 2414800

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в частотнорегулируемом электроприводе. .

Частотный электропривод // 2407141

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в частотно-регулируемом электроприводе. .

Способ управления статическими стабилизированными источниками переменного напряжения, работающими параллельно на общую нагрузку // 2380820

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах генерирования электрической энергии или системах гарантированного электропитания, в которых статические стабилизированные источники электрической энергии включаются параллельно на общую нагрузку.

Высоковольтный прямой силовой преобразователь переменного тока // 2379817

Изобретение относится к области электротехники. .

Статический преобразователь частоты // 2358378

Способ управления преобразователем частоты // 2340997

Изобретение относится к электротехнологии и может быть использовано при проектировании систем управления с вентильными преобразователями частоты для индукционных нагревателей.

Трехфазный умножитель частоты // 2280309

Преобразователь частоты дьякова (варианты) // 2256284

Изобретение относится к области силовой преобразовательной техники и может быть использовано для регулирования частоты и величины напряжения питания асинхронных электрических двигателей.

Матричный преобразователь частоты и способ управления им // 2251199

Изобретение относится к преобразовательной технике и может служить для плавного регулирования напряжения и частоты в многофазных системах вторичного электропитания при минимальных массогабаритных показателях согласующего трансформатора.

Способ управления двухзвенным преобразователем частоты // 2444834

Изобретение относится к преобразовательной технике, получающей применение в частотно-регулируемом электроприводе

Трехфазный преобразователь частоты // 2444835

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, например, в инверторах частоты для управления трехфазными двигателями

Способ эксплуатации вращающейся электрической машины // 2458453

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано во вращающихся электрических машинах

Двухзвенный преобразователь частоты на запираемых вентилях // 2461115

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах частотно-токового электропривода в качестве управляемого источника тока, обладающего свойством задавать фазу тока статорных обмоток двигателя изменением угла управления вентилями

Преобразователь частоты и стабилизатор напряжения источника бесперебойного питания // 2498487

Изобретение относится к области электротехники, к управлению преобразователем, связанным, по меньшей мере, с одним из источников бесперебойного питания. Техническим результатом является устранение искажений из сигнала управления, улучшение работы преобразователя, снижение гармонических искажений и субгармонических колебаний из сигнала управления. В преобразователе частоты и стабилизации напряжения источника бесперебойного питания (ИБП) контролируют и управляют входным сигналом в преобразователе в одном или более из ИБП. Искажение, обусловленное, по меньшей мере, частично напряжением пульсации, может быть удалено из сигнала управления, который управляет входным током в преобразователь. Системы и способы, описанные в материалах настоящей заявки, обеспечивают простой эффективный способ для снижения или устранения одного или более из субгармонического колебания и суммарного гармонического искажения из входного тока преобразователя во время синхронного и асинхронного режимов работы. Преобразователь может включать в себя один или более из выпрямителя и инвертора. 4 н. и 29 з.п. ф-лы, 9 ил.

Прямой преобразователь и система с таким прямым преобразователем // 2531358

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для преобразования переменного напряжения или тока в переменное напряжение или ток без промежуточного пеобразования в постоянное напряжение или ток. Техническим результатом является обеспечение произвольного и непрерывного регулирования прохождения тока от входного фазного вывода к выходным фазным выводам прямого преобразователя. Прямой преобразователь (1) снабжен n входными фазными выводами (U1, V1, W1) и p выходными фазными выводами (U2, V2, W2), где n≥2 и p≥2, n·p двухполюсными коммутационными элементами (2) для переключения, по меньшей мере, одного положительного и, по меньшей мере, одного отрицательного напряжения между полюсами. Каждый выходной фазный вывод (U2, V2, W2) последовательно соединен с каждым входным фазным выводом (U1, V1, W1) через один коммутационный элемент (2). Для обеспечения произвольного и непрерывного регулирования прохождения тока от входного фазного вывода к выходному фазному выводу прямого преобразователя и для обмена электрической энергией между двухполюсными коммутационными элементами в каждое последовательное соединение включена по меньшей мере одна индуктивность (3). 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 16 ил.

Устройство защиты матричного каскадного преобразователя частоты // 2537846

Изобретение относится к области электротехники и представляет собой устройство защиты матричного каскадного преобразователя частоты (МКПЧ) непосредственного типа с высокочастотной широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), каждый каскад которого построен по мостовой 3-фазной схеме, в каждом плече которого используются полностью управляемые ключи IGBT-модулей с двухсторонней проводимостью. Предложенное устройство по сравнению с прототипом характеризуется более гибким процессом реализации защиты, обеспечивая при этом технический результат - существенное повышение работоспособности МКПЧ при возникновении аварийной ситуации. Устройство защиты при возникновении аварийной ситуации в одном из каскадов обеспечивает постоянное включение его плеч на управляемых ключах IGBT-модулей, тем самым шунтируя его, а также отключение аварийного каскада от источника питания. Причем остальные каскады продолжают функционировать в прежнем режиме, сохраняя работоспособность МКПЧ в целом. Предложенное устройство защиты разработано и изготовлено в виде отдельной конструкции с двумя блоками защиты для установки в опытном образце матричного каскадного преобразователя частоты, предназначенного для питания гребного электродвигателя переменного тока высокого напряжения. 3 ил.

Способ работы преобразовательной схемы и устройство для его осуществления // 2537958

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразователях входного тока или входного напряжения. Технический результат - уменьшение нежелательных циркулирующих токов. В способе работы преобразовательная схема содержит n входных фазовых выводов (U1, V1, W1) и р выходных фазовых выводов (U2, V2, W2), где n≥2 и р≥2, (n-р) двухполюсных коммутационных ячеек (2) для коммутации, по меньшей мере, одного положительного и, по меньшей мере, одного отрицательного напряжений между полюсами. Каждый выходной фазовый вывод (U2, V2, W2) последовательно соединен с каждым входным фазовым выводом (U1, V1, W1) соответственно через коммутационную ячейку (2). Каждая коммутационная ячейка (2) содержит управляемые двунаправленные силовые полупроводниковые ключи с управляемым односторонним направлением прохождения тока и емкостной накопитель энергии; силовые полупроводниковые ключи коммутационных ячеек (2) управляются с помощью управляющего сигнала (S1). К каждому последовательному соединению подключена, по меньшей мере, одна индуктивность (6). Коммутационная ячейка (2) образует вместе с индуктивностью (6) фазовый модуль (1). Для каждого фазового модуля (1) формируется управляющий сигнал (S1) на основе опорного сигнала (Vref.U1) в отношении напряжения (U1) через фазовый модуль (1) и сигнала (VL) напряжения на индуктивности (6). Сигнал (VL) напряжения на индуктивности (6) формируется на основе промежуточного задаваемого значения (ΔiU1) тока (iU1) через фазовый модуль (1). 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Масштабируемый по мощности и частоте инвертор // 2576249

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в инверторе для предоставления масштабируемого по частоте выходного сигнала инвертора, в особенности с высокой выходной мощностью. Технический результат - создание инвертора с низкими затратами для высоких напряжений или высоких мощностей. Инвертор содержит схему управления (12) для управления частотой выходного сигнала инвертора согласно задаваемому значению. Схема управления (12) в соответствии с изобретением выполнена таким образом, чтобы для генерации сигнала со значением частоты, заданным для выходного сигнала инвертора, вызывать смещение по времени сигналов и наложение сигналов для получения сигнала со значением частоты, заданным для выходного сигнала инвертора. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

Улучшенный понижающий преобразователь частоты // 2581594

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах электропривода с пониженной частотой вращения, а также в установках депарафинизации нефтяных скважин. Техническим результатом является увеличение надежности за счет отсутствия разрыва тока в силовой цепи, повышение качества выходного напряжения и повышение электромагнитной совместимости устройства с питающей сетью. В преобразователе частоты используется способ управления многофазным реверсивным мостом, подключенным к вторичной круговой обмотке трансформатора с вращающимся магнитным полем, где система импульсно-фазового управления обеспечивает нарастающую задержку сигналов управления ключами, коммутирующими отводы круговой обмотки, относительно фазы питающей сети. Коммутация производится между парами отводов, в момент равенства их ЭДС, что в результате обеспечивает понижение частоты основной гармоники выходного напряжения и отсутствие разрыва кривой тока при коммутации отводов круговой обмотки. 3 ил.