Трехфазный преобразователь частоты

Авторы патента:

H02M5/297 - для преобразования частоты

Владельцы патента RU 2444835:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (RU)

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, например, в инверторах частоты для управления трехфазными двигателями. Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в упрощении схемы и сокращении числа элементов с сохранением минимума мощности потерь в нагрузке. Схема трехфазного преобразователя частоты содержит источник задающих сигналов (1), формирователь сигнала коррекции (2), формирователь линейно изменяющегося сигнала (3), сумматор (4), первый-третий компараторы (5-7), первый-третий инверторы (8-10), драйвер (11), блок силовых ключей (12), блок трехфазной нагрузки (13). Благодаря введению сумматора, прямому соединению выходов источника задающих сигналов с первыми входами компараторов и сложению линейно изменяющегося сигнала с сигналом коррекции преобразователь частоты сохранил способность работы с высокими энергетическими показателями с упрощением его схемы и сокращением девяти элементов. 2 ил.

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

Известен трехфазный усилитель, содержащий три однофазных усилителя, питаемых от сети постоянного напряжения и управляемых от трехфазного источника сигналов, блоки формирования максимального, минимального, среднего между ними значений входных сигналов и три сумматора (Афанасьев А.Ю., Кривошеев С.В., Фрейман Э.В., Порубилкин Е.А. Трехфазный усилитель. Патент РФ №2101849С1, кл. H03F 3/217, Н02Р 6/14, 1998) - [1].

Недостатком данного линейного усилителя являются большие потери мощности в усилителе.

Известен преобразователь частоты с трехфазным инвертором и широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), содержащий источник задающих сигналов, первую и вторую группы по три сумматора, первый-третий усилители, формирователь сигнала коррекции, формирователь линейно изменяющегося сигнала, первый-третий компараторы, первый-третий инверторы, драйвер, блок силовых ключей, питаемых от сети постоянного напряжения, блок трехфазной нагрузки, блок датчиков напряжений (см. Keliang Zhou and Dan-wei Wang. Relationship Between Space-Vector Modulation and Three-Phase Carrier-Based PWM: A Comprehensive Analysis. IEEE transactions on industrial electronics, vol.49, NO.1, February 2002, page 186-196) - [2].

Недостатком данного линейного усилителя являются большие потери мощности в усилителе.

Наиболее близким к заявляемому объекту по технической сущности и достигаемому результату является трехфазный преобразователь частоты, содержащий источник задающих сигналов u_a, u_b, u_c, первую группу из трех сумматоров, вторую группу из трех сумматоров, первый-третий усилители, формирователь сигнала коррекции u_к, формирователь линейно изменяющегося сигнала, первый-третий компараторы, первый-третий инверторы, драйвер, блок силовых ключей, питаемых от сети постоянного напряжения, блок трехфазной нагрузки и блок датчиков напряжений, причем первый-третий выходы источника задающих сигналов подключены к первым входам первой группы сумматоров и к первому-третьему входам формирователя сигнала коррекции соответственно, вторые входы первого-третьего компараторов соединены с выходом формирователя линейно изменяющего сигнала, а их выходы соединены с первым-третьим входами драйвера и с входами первого-третьего инверторов соответственно, выходы которых соединены с четвертым-шестым входами драйвера соответственно, первый-двенадцатый выходы которого соединены с первым-двенадцатым входами блока силовых ключей соответственно, выходы которого соединены с зажимами блока трехфазной нагрузки и с входами блока датчиков напряжений, формирователь сигнала коррекции выполнен с возможностью реализации функции

с ограничением величин u_a+u_к, u_b+u_к, u_c+u_к в пределах линейно изменяющегося сигнала, причем вторые входы первой группы сумматоров соединены с выходами блока датчиков напряжений, а их выходы соединены со входами первого-третьего усилителей, выходы которых соединены со вторыми входами второй группы сумматоров, первые входы которых соединены с выходами источника задающих сигналов, а их третьи входы соединены с выходом формирователя сигнала коррекции, выходы второй группы сумматоров соединены с первыми входами первого-третьего компараторов соответственно (Афанасьев А.Ю., Собх М.И. Трехфазный преобразователь частоты. Заявка 2009125212/09 (034863) от 01.07.2009 с решением о выдаче патента на изобретение от 09 марта 2010 г.) - [3].

В прототипе достигается минимум мощности потерь в системе "трехфазный преобразователь частоты - нагрузка" от ШИМ при сохранении максимальной линейной зоны выходного напряжения с возможностью компенсации изменения параметров нагрузки.

Недостатком данного преобразователя являются сложная схема и большое число элементов.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в упрощении схемы и сокращении числа элементов с сохранением минимума мощности потерь в нагрузке.

Технический результат достигается тем, что в трехфазном преобразователе частоты, содержащем источник задающих сигналов, формирователь сигнала коррекции, формирователь линейно изменяющегося сигнала, первый-третий компараторы, первый-третий инверторы, драйвер, блок силовых ключей, питаемых от сети постоянного напряжения, блок трехфазной нагрузки, причем выходы источника задающих сигналов подключены к первому-третьему входам формирователя сигнала коррекции, выходы первого-третьего компараторов соединены с первым-третьим входами драйвера и с входами первого-третьего инверторов соответственно, выходы которых соединены с четвертым-шестым входами драйвера соответственно, первый-шестой выходы которого соединены с первым-шестым входами блока силовых ключей соответственно, выходы которого соединены с зажимами блока трехфазной нагрузки соответственно, причем формирователь сигнала коррекции выполнен с возможностью реализации функции

с ограничением величин u_a-u_к, u_b-u_к, u_c-u_к в пределах линейно изменяющегося сигнала, введен сумматор, первый вход которого соединен с выходом формирователя сигнала коррекции, второй вход соединен с выходом формирователя линейно изменяющегося сигнала, а выход сумматора соединен со вторыми входами первого-третьего компараторов, первые входы которых соединены с первым-третьим выходами источника задающих сигналов соответственно.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1 - фиг.2, где:

фиг.1 - функциональная схема трехфазного преобразователя частоты;

фиг.2 - графики сигналов преобразователя.

Здесь: 1 - источник задающих сигналов; 2 - формирователь сигнала коррекции; 3 - формирователь линейно изменяющегося сигнала; 4 - сумматор; 5-7 - первый-третий компараторы; 8-10 - первый-третий инверторы; 11 - драйвер; 12 - блок силовых ключей; 13 - блок трехфазной нагрузки.

Выходы источника 1 задающих сигналов подключены к первому-третьему входам формирователя 2 сигнала коррекции и к первым входам первого-третьего компараторов 5-7, выходы которых соединены с первым-третьим входами драйвера 11 и с входами первого-третьего инверторов 8-10 соответственно, выходы которых соединены с четвертым-шестым входами драйвера 11 соответственно, выходы которого соединены с входами блока силовых ключей 12, выходы которого соединены с зажимами блока трехфазной нагрузки 13, первый вход сумматора 4 соединен с выходом формирователя сигнала коррекции 2, второй вход соединен с выходом формирователя 3 линейно изменяющегося сигнала, а выход сумматора соединен со вторыми входами первого-третьего компараторов 5-7.

Трехфазный преобразователь частоты работает следующим образом. На выходе блока задающих сигналов формируются три сигнала u_a, u_b, u_c. Эти сигналы поступают на первый-третий входы формирователя 2 сигнала коррекции, который вырабатывает сигнал коррекции

с ограничением величин u_a-u_к, u_b-u_к, u_c-u_к в пределах линейно изменяющегося сигнала для минимизации мощности потерь в нагрузке.

Сигнал коррекции добавляется к линейно изменяющемуся сигналу u_л, имеющему частоту ШИМ, сумматором 4, результирующий сигнал сравнивается компараторами 5-7 с сигналами u_a, u_b, u_c соответственно. Их выходные сигналы с широтно-импульсной модуляцией инвертируются инверторами 8-10. Сигналы компараторов и инверторов подаются на драйвер 11, который вырабатывает сигналы для управления шестью силовыми ключами блока 12, питаемыми от сети постоянного напряжения U₀.

На выходах блока 12 силовых ключей формируются импульсы напряжений, средние значения которых равны требуемым напряжениям на фазах нагрузки с добавлением требуемого потенциала ее нейтрали.

На фиг.2 показаны графики сигналов преобразователя: задающие сигналы u_a, u_b, u_c, сигнал коррекции u_к и суммарный сигнал на выходе сумматора 4 при исходных данных:

частота выходного напряжения f_и=50 Гц, U_m=1 В, U_лm=1 В, частота линейно изменяющегося сигнала f=5 кГц.

Здесь сигнал коррекции определяется по формуле

Видно, что при возрастании среднего значения диапазона между наименьшим и наибольшим значениями сигнал коррекции возрастает, а при убывании среднего значения убывает. Соответственно изменяются нижняя и верхняя границы изменения скорректированного линейно изменяющегося сигнала.

Таким образом, благодаря введению сумматора, прямому соединению выходов источника задающих сигналов с первыми входами компараторов и сложению линейно изменяющегося сигнала с сигналом коррекции преобразователь частоты сохранил способность работы с высокими энергетическими показателями с упрощением его схемы и сокращением девяти элементов.

Трехфазный преобразователь частоты, содержащий источник задающих сигналов, формирователь сигнала коррекции, формирователь линейно изменяющегося сигнала, первый-третий компараторы, первый-третий инверторы, драйвер, блок силовых ключей, питаемых от сети постоянного напряжения, и блок трехфазной нагрузки, причем выходы источника задающих сигналов подключены к первому-третьему входам формирователя сигнала коррекции, выходы первого-третьего компараторов соединены с первым-третьим входами драйвера и с входами первого-третьего инверторов соответственно, выходы которых соединены с четвертым-шестым входами драйвера соответственно, выходы которого соединены с входами блока силовых ключей, выходы которого соединены с зажимами блока трехфазной нагрузки, причем формирователь сигнала коррекции выполнен с возможностью реализации функции с ограничением величин u_a-u_к, u_b-u_к, u_c-u_к в пределах линейно изменяющегося сигнала, отличающийся тем, что введен сумматор, первый вход которого соединен с выходом формирователя сигнала коррекции, второй вход соединен с выходом формирователя линейно изменяющегося сигнала, а выход сумматора соединен со вторыми входами первого-третьего компараторов, первые входы которых соединены с первым-третьим выходами источника задающих сигналов соответственно.

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

Преобразователь частоты 50/400 гц // 2433518

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

Способ формирования и регулирования высокого напряжения матричного непосредственного преобразователя частоты каскадного типа с высокочастотной синусоидальной шим // 2428783

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

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.

Матричный инвертор и способ формирования переменного напряжения во второй сети переменного напряжения из переменного напряжения в первой сети переменного напряжения посредством матричного инвертора // 2586323

Изобретение относится к матричному инвертору (MU), который соединен с первой и второй многофазной сетью (N1, N2) переменного напряжения. С первой сетью (N1) переменного напряжения соединены соответственно первые индуктивные схемные элементы (Su1, Sv1, Sw1), и со второй сетью (N2) переменного напряжения соответственно соединены вторые индуктивные схемные элементы (Su2, Sv2, Sw2). Переключательная матрица (MA) соединяет противоположные первой сети (N1) переменного напряжения концы (Eu1, Ev1, Ew1) первых индуктивных элементов (Su1, Sv1, Sw1) с противоположными второй сети (N2) переменного напряжения концами (Eu2, Ev2, Ew2) вторых индуктивных схемных элементов (Su2, Sv2, Sw2), причем переключательная матрица (MA) состоит из управляемых инверторных блоков (Uu1, Uv1, Uw1; Uu2, Uv2, Uw2). С управляющими входами управляемых инверторных блоков (Uu1, Uv1, Uw1; Uu2, Uv2, Uw2) соединено устройство (R) регулирования, причем устройство (R) регулирования нагружается измеренными величинами тока и напряжения первой и второй сети (N1, N2) переменного напряжения. Чтобы иметь возможность изготавливать такой матричный инвертор (MU) экономичным образом, в матричном инверторе (MU) между концами (Eu1, Ev1, Ew1) первых индуктивных схемных элементов (Su1, Sv1, Sw1), противоположными первой сети (N1) переменного напряжения, и потенциалом (M) земли размещен первый инверторный блок (Uu1, Uv1, Uw1), выполненный как управляемый источник переменного напряжения, и между концами (Eu1, Ev1, Ew1) первых индуктивных схемных элементов (Su1, Sv1, Sw1), противоположными первой сети (N1) переменного напряжения, и концами (Eu2, Ev2, Ew2) вторых индуктивных схемных элементов (Su2, Sv2, Sw2), противоположными второй сети (N2) переменного напряжения, включен второй инверторный блок (Uu2, Uv2, Uw2), выполненный как управляемый источник переменного напряжения; инверторные блоки (Uu1, Uv1, Uw1; Uu2, Uv2, Uw2) посредством устройства (R) регулирования управляются таким образом, что электрическая мощность, подаваемая на матричный инвертор (MU), равна электрической мощности, отводимой из матричного инвертора (MU). Изобретение также относится к способу формирования переменного напряжения посредством матричного инвертора (MU). Технический результат - обеспечение возможности соединения двух сетей с разными параметрами. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

Непосредственный преобразователь частоты с источниками входного напряжения, модулированными по амплитуде по синусоидальному закону // 2602514

Изобретение относится к электротехнике и силовой электронике и может быть использовано при построении систем генерирования трехфазного переменного напряжения частотой 50 Гц высокого качества в автономных установках. На вход НПЧ должны подаваться три трехфазные системы напряжений специального вида на основе биений напряжений от двух генераторов с различными частотами или амплитудно-модулированные по синусоидальному закону. Технический результат - получение на выходе НПЧ трехфазного напряжения с формой, максимально близкой к синусоидальной, а также обеспечение работы системы на несимметричную нагрузку с широким диапазоном значений коэффициента мощности (как индуктивного, так и емкостного характера). Для этого предлагается каждую группу силовых элементов выполнить в виде одного комплекта из шести двунаправленных ключей на IGBT-транзисторах, включенных попарно, встречно в каждую из шести ветвей, на входе каждой группы введен фильтр, три датчика входного напряжения, на выходе датчик тока и датчик выходного напряжения, система управления имеет пять входов и двенадцать выходов, причем выходы датчиков напряжения и тока подключены к входам системы управления, а выходы системы управления подключены к соответствующим электродам управления двунаправленных ключей. 5 ил.