Трехфазно- -фазный непосредственный преобразователь частоты

 

О П

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советскнн

Соцналнстнческнн

Республик (ii)783925

l

Ф

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву Хр 736296 (22) Заявлено 29.01.7 9 (21) 27 18245/24-07 с присоединением заявки Не (5 I ) M. Кл.

Н 02 М 5127

Гасударственный кокнтет

СССР (23) Приоритет (53) УДК 621.314, .27(088.8) но денем изобретений и открытий

Опубликовано 30.11,80. Бюллетень М44

Дата опубликования описания 30.11.80 (72) А вторы изобретения

Б. Е. Пьяных, Э. М. Чехет и В. М. Михальский

Институт электродинамики AH Украинской ССР (71) Заявитель (54) ТРЕХФА ЗНО- В-ФАЗНЫЙ НЕПОСРЕДСТВЕННЫЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано при построении преобразователей частоты с непосредственной связью с улучшенной формой кривой выходного напряжения для питания электродвигателей переменного тока и спецлотребителей.

По основному авт. св. N 736296, известен трехфазно-щ-фаэный непосредственный преобразователь, содержащий согласукаций трехфазный трансформатор с первич- 10 ным комплектом и вторичными основными дополнительным комплектами трехфазных обмоток, 1т1 -трехфаэных мостов на управляемых ключах с двусторонней проводимостью, входами подключенных к одним

15 из концов обмоток основного вторичного . комплекта, а также два дополнительных вентильных моста с управляемыми ключами.на их выходах. При атом обмотки основного вторичного комплекта выполнены с отпайками, соединенными с одним иэ концов трехфазной обмотки дополнительного вторичного комплекта по схеме зигзаг, а противоположные и разноименные относительно друг друга концы трехфазных обмоток вторичных основного и дополнительного комплектов подключены ко входным выводам дополнительных вентильных мостов.

Однако такая схема обеспечивает сравнительно невысокий коэффициент гармоник выходного напряжения преобразователя, равный 15,2%.

Целью изобретения является улучшение качества выходного напряжения путем уменьшения величины его искажений.

Поставленная цель достигается тем, что трехфазно- щ-фазный непосредственный преобразователь частоты по авт. св.

N 736296 снабжен вторым дополнительным комплектом трехфазных вторичных обмоток трансформатора, одни концы которых подключены по схеме зигзаг к дополнительно введенному в обмотки основного вторичного комплекта отпайкам, другие концы подключены к входным выводам введенного вспомогательного вентильцого мос3 78 та с управляемым ключом íà его выходе, а первичные трехфаэные обмотки по числу комплектов и по соединению этих комплектов между собой выполнены аналогично вторичным комплектам трехфазных обмоток, причем соответствующие концы обмоток атих комплектов также подключены к входным выводам трех дополнительно введенных вентильных мостов с управляемыми ключами на их выходах.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 - векторные диаграммы, поясняющие процесс умножения числа фаз; на фиг, 3 приведены временные диаграммы работы ключей преобразоватепя и эпюра выходного напряжения.

Трехфазный трансформатор 1 включает основные 2, 3 и вспомогательные 4-,7 комплекты трехфаэных обмоток на первичной (2, 4, 5) и вторичной (3, 6, 7) стороне. Основные комплекты 2, 3 имеют от0 b С, к которым подсоединены ода я и ни из концов дополнительных комплектов обмоток; концы A В, С комплекта 4

I соединены с отводами С, А, В комплекта 2 (в зигзаг); концы А, В, С, комп лекта 5 соединены с отводами С, A В

n « комплекта 2 (в зигзаг); концы д, b<, С комплекта 6 соединены с отводами Ь", с«

Q«KoM e 3 (в зигзаг). К зажимам

А, В, С основного первичного комплекта

2 подключается трехфазная система переменных напряжений входной сети. другие концы трехфазных обмоток ос- новных и дополнительных комплектов на первичной и вторичной стороне подсоединены ко входам вентильных мостов S-;13: концы О основного комплекта 2 первичной обмотки - ко входу вентильного моста 8; концы 0 Ä 0 дополнительных комплектов

4, 5 первичной обмотки — ко входам вентильных мостов 9, 10; концы О основноf го комплекта вторичной обмотки — ко вхоI 1 ду вентильного моста 13; ко щы ОА, О дополнительных комплектов 6, 7 вторичной обмотки — ко входам вентильных мостов 11, 12. К.зажимам д, Ь, с основного вторичного комплекта 3 подключаются входы трех трехфазных мостов 14, 15, 16, на ключах переменного тока. На выходах вентильных мостов 8-13 включены управляемые ключи 17-22 соответственно.

Ключи переменного тока, например 23,28 образуют выходные фазы преобразоватепя. ,К зажимам трехфазных мостов 14, 15, 16 подключены нагрузки 29, 30, 31.

3925 4

Принцип формирования выходного напря кения 32-;35 заключается в том, что на входы трехфазных мостов 14-16 на ключах переменного тока поочередно подают девять трехфаэных систем напряжений 3644 (фиг. 2), сдвинутых между собой на

И. угол щ- При работе ключей переменного тока 23-28 на нагрузке 29 можно получить любое напряжение из укаэанных де10 вяти трехфазных систем или ему противоположное по знаку, т.е.реализовать эквивалентную 54-фазную систему напряжений, Рассмотрим получение девяти трехфаэных систем напряжений, сдвинутых между собой на угол — 4 . На фиг. 2 векторы А, В, С, (диаграмма 32) соответствуют на пряжениям питающей сети, приложенным к зажимам А, В, С. При замыкании ключа 17 вентильного моста 8 замыкается общая точка О, и на первичной стороне трансформатора действует трехфазная система напряжений, соответствующая диаграмме ЗЗ, идентичной диаграмме 32. При замыкании ключа 18 вентильного моста

9 (и размыкании ключа 17) замыкается общая точка О > и последовательно с обI мотками АА, ВВ, СС основного комплекта 2 соединяются в зигзаг обмотки

В О, С О(, А О< дополнительного комплекта 4. При атом соотношение витков обмоЬО ток выбирается таким, что на первичной стороне трансформатора образуется новая система напряжений, соответствующая диаграмме 34, у которой векторы AA А

4 t (35

ВВ В< СС С оказываются сдвинутыми от

I носительно векторов 32 на угол Al l9 . Таким же образом при замыкании ключа 19 вентильного моста 10 в результате соединения в зигзаг обмоток АА, ВВ, СС

Щ и В Ое, С«0, А О на первичной стороне трансформатора действует система напряжений, соответствующая диаграмме 35, 1 оказываются сдвинутыми относительно векторов диаграммы 32 на угол )fan/9

45 Таким образом, при поочередной рабо-М ключей 17г 1Я, 19 на первичной стороне трансформатора по очереди действуют трелфазные системы напряжений, соответствующие векторным диаграммам 33, 34, 5Е 35 соответственно.

В обозначении векторов на вторичной стороне трансформатора принята сле (ующая система. В числителе ставйтся буквы,:

55 соответствующие последовательности соединения выводов обмоток основного комплекта и концов обмоток дополнительных комплектов. В знаменвтепе указывают век тор первичной стороны, при действии кото5 783925 б эого образуется вектор на вторичной сто- а о роне. Так на вторичной стороне трансфор- торых векторы < матора при действии диаграммы 33 на перAA A BB В СС С

1 1 вичной стороне и замкнутом ключе 22 вен- граммы 39 сдвинуты относительно сооттильного моста 13 {замыкается нулевая ветствующих вектоРов диаграммы 38 на

»

S точка 0 ) появляется система напряжений, Угол i в, с образованы вз обознзчзо ф с raa c» bb а ф сс b сдвинуты относи

» > нив выводов а, Ь, с сюновного комплекте 1АА А» ВВ В» СС С» тельно векобмоток 3 при действии на первичной сто» и торов диаграммы 39 на угол /54 и векроне трансформатора системы векторов А, торы диаграммы 41

В, С (знаменатель). Векторы р Ф с синюl е,. II И И ,фкзны с векторами А,В, С пиегрзммы 33. (00 2 bb 01 сс Ьк »

При замыкании ключа 20 вентильного мос(аа a, ВВ e„ сс с, i ,та 11 замыкается общая точка 0, и по- и сдвинуты относите

1 относительно .векторов диаграмследовательно с обмоткамиад,ЬЬР,Cd ос- мы 40 тоже на угол к)54. новного комплекта 3 включаются в зигзаг . Таким же образом при действии на перобмотки C

I g gI .I/I из которых векторы а с рос, си сс оказываются сдвину- gS

AA"À 2 ЬВ В2 СС С2диаграммы 42 сдвинуты относительно сотыми относительно соответству1ощих век- . ответствующих ве т л вующих векторов диаграммы 41 торов диаграммы 36 на угол ll.j54.Таким на уголЯ54..Векторы диаграммы 43 же образом при действии на первичной стороне нвпрвженнз, соответствующих петрим- IC»0 С» ЬЬ 0» сс Ь» 1 спвннуты относимо 33, и вемкиутом ключе 21 вентипьно-, IAA АА ВВ Вп CC" Су> тельно векго моста 12 (замыкается точка Оуф) вслед-! пения в 3mraar 06M© ОК ciо ц торов диаграммы 42 на уго i /i ö æ

n c

4Ь",СС" основного комплекта 3 с обмот1 I ( кеми 0И 01, 0 к 01, . Ь х 0 а пополнитекьно- у .. (00»Ст ЬЬ" С»п Сс>Ьт

3S го комплекта 7 и соответствукицего выбо(а а C В В" В cc "с i ра соотношения витков, на вторичной сто2 2 2 роне действует система напряжений, соот- сдвинуты относительно векторов диаграм. ветствующая диаграмме 33, векторы кото- мы 43 тоже на угол (54.

В результате на вторичной стороне,, рой 2 2 2>оказываются сдви- трансформатора при указанном порядке переключения ключей 17-22 поочередно ченутыми относительно соответствующих век- рез угол «/54 фо торов диаграммы 36 на угол 2 Ц94-. раа УГол к рмируются девять трехфазных систем напряжений. Для такого поТаким образом, при замкнутом ключе

17 и поочередном переключении ключей ных систем напряжений в преобразователе

22, 20, 21 на входные зажимы трехфаз- по схеме прототипа необходимо было бы ных ключей переменного тока поочередно на одной из сторон трансформатора иметь подключаются трехфазные системы напря- один основной и восемь дополнительных жений, векторы которых каждый раз сдви- комплектов тре ф гаются относительно предыдущей системы го комплектов обмоток и девять венна yron к,! 5 тильных ключей. В настоящем преобразоваПри действии на первичной стороне си» теле оказывается достаточным двух осстемы напряжений, соответствующих диа новных и новных и четырех дополнительных комплекграмме, 34 и отмеченном ранее порядке Тоа тр <»p«ôaçHûõ о моток, т.е. всего шесть переключения ключей 22, 20, 21 на втокомплектов оомоток и шесть вентильных ричной стороне поочередного формируются тРехфазные системы напРЯжений, саответ-. П „и риниип формирования. кривой выходствующие диаграммам 39, 40, 41, на ко-- ного напряжения поясняется фиг. 3. Здесь с ао с, ос .Ь, AA" g СС "С2 1Х С ц >

"-mac х С - частрта в питающей сети.

- частота импульсов управления ключей переменного тока в трехфазных мостах.

Таким образом, предлагаемое устройство реализует регулируемое по частоте выходное напряжение с низким коэффициентом гармоник.

7 7839 временные диаграммы 17-28 соответствуют диаграммам работы ключей с указанными номерами на фиг. 1. Диаграмма 29 показывает процесс образования и форму выходного напряжения на нагрузке 29. В интервале to- 6 согласно диаграммам 171

28 оказываются включенными ключи 17, 22, 23, 27. При этом, как было указано выше, на вторичной стороне трансформатора формируется трехфазная система напряжений, соответствующая векторной диаграмме 36 на фиг. 2. Это обеспечивают кпючи

17 и 22. С помощью ключей 23,27 на нагрузку 29 подается линейное напряжение, соответствующее разности векторов о

На диаграмме 29 (фиг.3) это напряжение обозначено цифрой 45. В момент 1 ключ

22 размыкается и замыкается ключ 20.

Теперь на вторичной обмотке трансформатора формируется трехфазная система на- 2й пряжений, соответствующая векторной диаграмме 37 на фиг. 2, т.е. в интервале - 1 через ключи 23, 27 на нагрузку

29 подается век тор разности

aa c, ЪЬ а

А В (напряжение 46) ..Далее в момент 4 < кпюч

20 размыкается и замыкается ключ 21, в результате чего на вторичной обмотке трансформатора оказывается система на. пряжений, соответствующая векторной диаграмме 38 на фиг. 2, и с помощью попрежнему замкнутых ключей 23, 27 в интервале 4 g - 4 g на нагрузке 29 оказы35 вается напряжение, соответствукхпее разаа" С Ъ -иа ности векторов — Л (ивирвжение 47 на фиг. 3). В момент 4у раз " мйкается ключ 17 и замыкается ключ 18.

При этом, как быпо указано выше, вследствие действия на первичной стороне напряжений, соответствующих диаграмме 34 на фиг..2, при последовательном поочередном включении ключей 22, 20, 21 и остающихся замкнутыми на ключах 23,27 в интервалы времени 1 -14,1,g-gg gy -16 Bs нагрузке 29 оказываются напряжения, со;. .ответствующие разностям векторов а Ь аа с bb à, oa"c ЬЬиа

AA A, ЬВ B„AA À BB 8, AA À ВВ 8 по диаграммам 39, 40,, 41 соответственно.

Эти разности создают следующие три стуSS пеньки напряжения 48,49, 50 на эпюре

29 фиг. 3.

Аналогично при выключении в момент, ключа 18 и включенни ключа 19 и после25 8 дующем .поочередном включении ключей

22, 20, 21 на нагрузке 29 в интервалах 64., - - 8, 8 9 выделяются напряжения, соответствующие разностям векторов на диаграммах 42, 43, 44 фиг. 2. На эпюре 29 фиг. 3 они создают следующие три ступеньки напряжения, 51, 52, 53.

В момент 9 ключ 27 выключается и включается ключ 28. Теперь в течение девяти тактов к нагрузке 29 будут прикладываться напряжения, соответствующие разностям векторов

î aс aa c, cc b„aa"c cc"Ú А с А С А с а с аа c„cc b„

АА A„ÑÑ Ñ, AA А„сС Ь„ оо"с2 сс"4q

А А А „С с с

АА"А СС"С ААиА CC"C аа"с сс"Ь

Эти векторы, как и девять предыдущих,,также последовательно сдвинуты друг относительно друга на угол /54 и в кривой на нагрузке 29 формируется еше девять ступеней и т.д. Спедовательно, в данном устройстве в результате укаэанного порядка переключения ключей на каждой из нагрузок 29, 30, 31 при сдвиге фаз импульсов управления ключами переменного тока трехфаэных мостов 14, 15, 16 на 120 эл. град. относительно друг Llpyre формируется трехфазная система практически синусоидалЬньи наейряжений с коэффициентом гармоник 3,36%. Выходная частота преобразователя е фоРмупа изобретения

Трехфаэно- щ-разный непосредственный преобразователь частоты ло авторскому

783925 о свидетельству N (36296 о т л и ч а — плектов и по соединению этих комплектов

lo ut и и с я тем, что, с целью улучще- между собой выполнены аналогично вторичния,качества выходного напряжения путем ным комплектам трехфазных обмоток, приуменьшения величины его искажений, он чем соответствующие концы обмоток этих снабжен вторйм дополнительным комплек-, комплектов также подключены ко входным том трехфазных вторичных обмоток транс- вывоаам трех дополнительно введенных форматора, одни ко щы которых подключе- вентильных способов с управляемыми клю- ны по схеме зигзаг к дополнительно вве- чами на их выходах. денным в обмотки основного вторичного комплекта отпайкам, другие концы подклю-10 чены ко входным выводам введенного вспомогательного вентильного моста с управляемым ключом на его выходе, а первичные трехфазные обмотки по числу комИсточники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке Ж 2474784/07, кл. Н 02 М 5/27, 08,04.77.

4 д С

30

Фиг. 1