Преобразователь частоты с квазиоднополосной модуляцией

 

сМ

"ьл н т

П нт)кй Х„

Союз Соеетскиа

Социалистически а

Республик

И Е ()790088

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф

j . /==;=:: й=

/ (61) Дополнительное к нвт. свил-ву (22) Заявлено 13.07,78 (21) 2643261/24-0 (51) М. К з.

Н 02 М 5/27 с присоединением заявки .%

Государственный комитет

СССР (23) Приоритет

10 делам нзобретений н отнрытнй

Опубликовано 23.3 2.80. Бюллетень № 47

Дата опубликования описания 25. 12.80 (з 3 ) У Д К 6 2 1. .314.27 (088.8) (72) Авторы изобретения

Г. С. Мыцык и 10 П. Иванов (71) Заявитель MocKQBcKHH ордена Ленина энергетический институт (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ С КБАЗИОДНСполосной мод ляцией

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в тех случаях, когда требуется повышенное качество напряжения, регулирование или стабилизация параметров

5 электроэнергии — напряжения и частоты—

tñ большой точностью при ограничениях на (;массо- габаритные показатели устройства, реализующего эти функции.

Известны устройства, обеспечивающие

10 преобразование одной частоты в друт ую и регулирование величины преобразованного выходного напряжения: преобразователи частоты со звеном постоянного тока и преобразователи частоты с непосредст15 венной авйзью (1j, (2) и (3)

Недостатками преобразователей частоты (ПЧ), первого типа являются г сравнительно низкое качество .преобразованного напряжения, а также схемотехническая усложенность или ухудшенные массо-габаритные показатели в тех случаях, когла требуется обмен реактивной и активной мощностями нагрузки с сетью.

Известны ПЧ с непосредственной связью, выполняемые на тиристорах с естественной коммутацией (4).

Однако ПЧ имеют ограниченные функциональные возможности, так как не позволяют получить частоту больше 0,250,3 Р, где — частота напряжения питающей сети, а также имеют довольно сложную систему управления.

ПЧ с непосредственной связью ца тиристорах и искусственной коммутацией позволяет получить частоту выше частоты сети, однако схемьг по-прежнему характеризуются сравнительно большим значением коэффициента гармоник напряжения (0,3l).

Кроме того, ПЧ, выполняемые на тиристорах с искусственной коммутацией, имеют увеличенную массу и габариты, (из-за наличия блока искусственной коммутации) .

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь частоты, который содержит три однофазных инверОП<-8

55 тори«".x л«оста, выполненнг!x на управляемых клкчах с двухсторонней прОВОдил«остью, и блок управления, включающий в себя задаюший генератор, распределительный узел и усилительно-развяэываюцгий узел, выходами подсоединеннг.<й к управляюшим входам кпо>1ей однофазных инверторных мостов.

Силовь<е входы ин>зерторнь«х мостов оораэуют LbtBogt>I преобразовате>I«t @31«l подключения его к трехфаэной сети, )"<>1я согласования уровней напряжений питающей сети и потребителя на выходе инверторных мостов устанавливают выходные вторичные обмотки которых соединяют последовательно, образуя выходные выво» ды преобразователя <„5)} .

К недостаткам преобразователя Относятся сра>зн11тельна«1 слОжнОсть его силовой части и невысокое качество выходного напряжения.

Цель изобретения — упрошение преобразователя путем исключения одной преобразуюшей ячейки и улучшение качества выходного напряжения за счет уменьшения его ко ициента гармоник.

Для достижения поставленной цели используется известный преобразователь, содержаший преобразуюшие ячейки, каждая иэ которых включает в себя однофаэный инверторный мост, выполненный на управляемых ключах с двухсторонней проводимостью, нагруженный на первичную обмотку трансформатора, один конец вторичной обмотки которого образует первый выходной вывод преобразующей ячейки а силовые входь< однофазных инверторных мостов образуют две пары силовых входных выводов, причем одна из этих пар предназначена для подключения на линейное напряжение двух фаз сети, выход преобразователя образован последовательно соединенными выходными выводами преобразующих ячеек, при этом блок управления выполнен в виде последовательно соединенных задающего генеQQToT)B, распределительного узла и «усилительно-развяэываюшего узла, выходы которого соединены с управляющими входами ключей преобразуюших ячеек. В Отличие от известного преобразователя в нем трансформаторы выполнены с отношением коэффициентов трансформации 1: 3 а вторая пара входных силовых в>1водов предназначена для подключения на напряжение третьей фазы сети. Вторичная обмотка трансформатора каждой преобразующей ячейки выполнена с отпайками, которые вместе со. вторым концом вто- .

})ИЧI<ОИ OEi >io ° ХИ Tl) Itt(<;>0}»! >, IО}> C Î< II!!lie

III.I СО t«TO})t>!Nt ВЫХОДН I-IЛ< 1«<>я<<>ДОЛ! Il} e образух)шсй «<чейки через допол<п:1< лгя. о введенные управляемые клк) <и с двухсторонней проводи мос тью. а распределительный узел содер>кит шсстиканальный кольцевой распределитель ил«пульсов, четыре триггера и два трехвходовых логических элемента ИЛИ. причем первый, второй, четвертый и п.<тый каналы кольцевого распределител«1 подключены ко входам триггеров, l-й, 2-й и 6-й — ко входам одного >рехвходового логичесхого элемента ИЛИ, а три остальнь"х ханала — ко входам другого; выходы логических элементов ИЛИ и триггеров через усилительно-развязываюпгий узел соединены с управляющими входами соответственно дог<олннтельнь x ключей и ключей инверторных мостов. В другом исполнении второй силовой выходной вывод каждой преобразуюшей ячейки образован вторым концо>,1 вторичной обмотки соответствую шегo Tpaltcgop>. егора. Качаство выходно«> го напряжения однако в этом случае понижается, }}а фиг. 1 представлена принципиальная схема силовой части преобразователя; на фиг. 2 — блох-схел«а управления преобразователем; на фиг. 3 — временные диаграммы, поясн«иошпе формирование управляюшпх сигналов, подаваемых на входь> ключей с двухсторонней проводимостьк> преобразователя; I.Q фиг. 4- временные диаграммы формирогания выходного напр«<жения преобразователя при наличии дополнительных ключей с двухсторонней проводимостью; на фиг. 5 — временные диаграл«мы формирования выходного напряжения преобразователя беэ дополнительных ключей; на фиг. 6— график, зависимости коэффициента гармоник выходного напряжения преобразователя оТ числа допол>гительнь>х ключей N в хаждой инверторной ячейке.

Преобразователь содержит два однофазных инверторных моста 1 и 2, вы- полненных на управляемых ключах 3 -lO с двухсторонней проводимостью и нагруженных на первичные обмотки 11 и 12 трансформаторов 3 3 и 3 4. Силовые входы 15 и 16 однофазного инверторного моста г образуют пару силовых входных выводог< преобразователя частоть, подкл«очаел«ых к линейному напряжению двух фаз сети. Силовые вход>- 17 и 18 однофазного пнверторного моста 2 образуют пару силовых входных выводов преобразователя частоты для подключения их к

5 7ЦОО напряжепцк! третьей фа:и соти. Вторичная обмотка каждой пр образующей ячейки выполнена с отпайками l 9 и 20, Одни концы" .21 и 22 вторичных обмоток трансформаторов 13 и l4 образуют первые выходные выводы преобразук,щих ячеек. Отпайки l9 и 20 вместе со вторыми концами 23 и 24 вторичных обмоток трансформаторов соединены со вторыми выходными выводами 25 и 26 преобразующих ячеек через дополнительно введенные управляемые ключи 27-30 с двухсторонней проводимостью. Выход преобразователя частоты образован последовательно соединенными выходными выводами 2l и 25, 22 и 26 преобразующих ячеек, Трансформаторы l3 и l4 выполнены с отношением коэффициентов трансформации l: ГЗ.

Блок 3l управления содержит задающий генератор 32, распределительный узел 33 и усилительно-развязывающий узел 34.

Распределительный узел 33 содержит шестиканальный кольцевой распредели- р тель 35 импульсов, четыре триггера 3639 и два трехвходовых логических элемента 40 и 41 ИЛИ, причем l-й и 2-й, 4-й и 5-й каналы кольцевого распределителя 35 подключены ко входам распределителя — ко входам трехвходовых логических элементов 40 и 4l ИЛИ. Выходы логических элементов ИЛИ и прямые и инверсные выходы триггеров через усилительно-развязывающий узел сое- З динены с управляющими входами соответственно дополнительных ключей 27-30 и ключей 3-l0 инверторных мостов

1и 2. формирование выходного напряжения преобразователя поясняется временными диаграммами. На фиг. 3 приведены временные диаграммы формирования управляющих сигналов, подаваемых íà входы ключей с двухсторонней проводимостью преобразователя по фиг. где 0 - тактовые импульсы на выходе задающего генератора 32.

Цо- сигналы управления, подаваемые на входы вхлючей 3-l0 и двухсторонней проводимостью однофазных инверторных мос-, тов l и 2;

3 27- сигналы управления, подаваемые

0 30 — на входы дополнительных клю- чей 27-30 с двухсторонней проводимостью.

На фиг. 4 и 5 приведены временные диаграммы формирования выходного на88 6 пряжения преобразователя при наличии дополнительных ключей 27-30 с двухсторонней проводимостью (фиг.4) и без дополнительных ключей (фиг.5), где U - — линейное напряжение двух фаз сети; () (А — напряжение третьей фазы сети; — эхвивалентныа алгоритмы переключения ключей однофаэных инверторных мостов

l и 2, равные

Э 3

Ф=Ч) -Р - -Р ,А ЪД 451 Ъь 7,<о Цр)

1)2А, ) д — напряжения на выходах преобразующих ячеек;. — форма выходного напряжения преобразователя.

Преобразователь работает следующим образом (на примере работы одной преобразующей ячейки) .

При подключении питания к блоку управления и силовой части преобразо-„ вателя и замыкании ключей 3 и 5 инверторного моста l первичная обмотка

1 l трансформатора 13 замыкается накоротко. В напряжении на первичной обмотке трансформатора формируется пауза, а один из дополнительных ключей 28 с двухсторонней проводимостью остается в этот момент замкнутым, что обеспечивает прохождение реактивного тока нагрузки.

При замыкании ключей 3 и 6 инверторного моста l и дополнительного ключа 28 на выходе преобразующей ячейки формируется первая ступень положительной полуволны напряжения U . Замыканием ключа 27 формируют вторую ступень напряжения 0 2),. дальнейшее форл ис рование напряжения 0gg и напряжения Ug происходит аналогично в соответст )ии с временными диаграммами, представленными на фиг. 3 и 4.

Выходное напряжение преобразова теля U получают в результате суммирования выходных напряжений преобразующих ячеек 0 ) и U, формирование выходного напряжения предлагаемого преобразователя без дополнительных ключей с двухсторонней проводимостью поясняется на фиг. 5 и происходит аналогично рассл1отренному выше.

Усложнением устройства управления строится преобразователь с регулировакием выходного напряжения LJ< .Регулирование осуществляется в каждом и ричного централизованного источггик электропитания со стабилизированным по величине напряжением и частотой с практически любым, наперед заданным значением коэффициен. та гармоник выходного и апря ж ения, например для решения задачи прецизионной стабилизации параметров сетевого напряжения (частоты 50 ru); используется в качестве преобразователя частоты для частотно-ynpaprraeMoro электропривода. При этог,:. многофазный выход обеспечивается путем использования соответствующего числа преобразователей.

Формула изобретения

Преобразователь частоты с квазиоднополосной модуляцией, содержащий преобразующие ячейки., каждая из которых включает в себя однофазный инверторный мост, выполненный на управляемых ключах с двухсторонней проводимостью, нагруженный на первичную обмотку трансформатора, один конец вторичной обмотки которого образует первь.й выходной вывод преобразующей ячейки, а силовые входы однофазных инверторных мостов образуют две пары силовых входных выводов, причем одна из этих пар предназначена для подключения на линейное напряжение двух фаз сети, выход преобразователя образован последовательно соединенными выходными выводами преобразующих ячеек, при этом блок управления выполнен в виде последовательно соединенных задающего генератора, распределительного узла и усилительно-раэвязывающего узла, выходы которого соединены с управляющими входами ключей преобразующих ячеек, отличающийся тем, что, с целью упрощения и улучшения качества выходного напряжения за счет уменьшения его коэффициента гармоник, его трансформаторы выполнены с отношением коэффициентов трансформации l 3, а вторая пара входных силовых выводов предназначена для подключения на напряжение третьей фазы сети.

2. Преобразователь по и. l, о тл и ч а ю шийся тем, что вторичная обмотка трансформатора каждой преобразующей ячейки выполнена с отпайками, которые вместе со вторым концом вторичной обмотки соединены со вторым выходным выводом преобразующей ячейки чеоез дополнительно .введенные управляе7 790088 8 силовых звеньев преобразующих ячеек: в инверторных мостах (за счет фазового сдвига сигналов управления ключей одной стойки инверторного моста по отношению к сигналам управления ключами другой стойки), в трансформаторах (за счет введения подмагничивания) и в дополнительных ключах,с двухсторонней проводимостью (за счет выбора соответствующего алгоритма их управления) .

С точки зрения упрощения системы управления рациональней регулировать напряжение в инверторных мостах, Целесообразное число Й дополнительно вводимых в каждую преобразующую ячейку управляемых ключей с двухсторонней проводимостью выбирается в каждом конкретном случае применения в зависимости от требования к искажению выходного напряжения преобразователя, Силовая часть и система управления при этом соответствующим образом видоиз.меняются.

График зависимости коэффициента гармоник выходного напряжения преобразователя от числа дополнительно введенных в каждую преобразующую ячейку ключей, позволяющих осуществить выбор числа представлен на фиг. 6.

В известном устройстве, содержащем три преобразующие ячейки, коэффициент гармоник напряжения преобразователя равен 0,3l.

В предлагаемом преобразователе, выполненном из Двух преобразующих ячеек: уже при числе ключей 4, равном двум, К((ц = 0 65 . При четырех дополнительРьгх управляемых ключах в каждой преобразующей ячейке kr(g>) = 0,093, T .å. вместе со значительным упрощением 4О предлагаемый преобразователь позволяет также получить качество выходного напряжения на 47% выше по сравнению с известным. Предлагаемое устройство проще, так как при равном числе ключей 45 содержит на один трансформатор меньше, чем известное.

Необходимо также отметить, что устройство позволяет получать частоту как больше, так и меньше частоты напряжения сети. При этог . 3 =Р Е где(„частота модуляции (частота переключения дополнительно вводимых управляемых ключей с двухсторонней проводимостью);

« (гр — частота выходного напряжения преобразователя, У4 — частота напряжения сети (фиг«4).

Таким образом, предлагаемый преобразователь используется в качестве вто

9 7900 мые ключи с двухсторонней проводимостью; а распределительный узел содержит шестиканальный кольцевой распределитель импульсоЬ, четыре триггера и два трехвходовых логических элемента ИЛИ, причем первый, второй, четвертый и пятый каналы распределителя подключены ко входам триггеров, первый, второй и шестой - ко входам одного трехвходового логического элемента ИЛИ, три осталь«ых канала — ко входам другого, а

l выходы длогических элементов ИЛИ и триггеров через усилительно-развязываю« щий узел соединены с управляюшими входами соответственно дополнительных ключей и ключей инверторных мостов.

3. Преобразователь по п. l, о т— л и ч а ю шийся тем, что второй

88 10 силовой выходной вывод каждой преобразующей ячейки образован вторым концом вторичной обмотки соответствуюшего трансформатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

3.. Авторское свидетельство СССР

% 238656, кл. Н 02 М 5/29, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР

%309435, кл. Н 02 М 5/27, 3.97l.

3. Авторское свидетельство СССР

Л 32567l, кл. Н 02 М 5/27, l972.

4. Авторское свидетельство СССР

4 l69663, кл. Н 02 М 5/27, l965.

5. Устройства преобразователей техники. Киев, Наукова думка, 1969, вып. 2, с. l lO.

7900&8 и с, игцс иг

О, 1Х

ooj

1 Г Ю 9 5 6 7

Фиг.б

Составитель И. Никитин.

Редактор И. Черный Техред М.Голинка Корректор 10. Макаренко .3аказ 9052/55 Тираж 783 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1l3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, Ф