Преобразователь частоты с непосредственной связью

 

Союз Советскик

Сациалистическик

Реслублик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 05.03.80 (21) 2891573/24-07 (51) М. Кл. с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Н 02 М 5/27

Гесударстеекимй комитет

Опубликовано 30.11.81. Бюллетень №44 (53) УДК 621.314..27 (088.8) по делам кзебретекик к еткрмтий

Дата опубликования описания 30.11.81 (72) Авторы изобретения

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

Институт электродинамики АН Украинской ССР (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

С НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ СВЯЗЬЮ

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к классу преобразователей частоты с непосредственной связью, и может быть использовано для питания частотно-управляемых электроприводов переменного тока и спецпотребителей.

Известны преобразователи с непосредственной связью суммированием частичных напряжений в общем контуре (ПЧ с

СОК) (1) .

Недостатком таких ПЧ является высокий коэффициент гармоник выходного напряжения.

Известен ПЧ с СОК, модулирующее воздействие которого формируется посредством широтно-импульсной модуляции (ШИМ) (2).

Такой ПЧ позволяет существенно улучшить качество выходного напряжения путем введения паузы определенной длительности между полупериодами эквивалентного модулирующего воздействия, однако коэффициент гармоник в выходном напряжении при этом остается значительным.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее модуляторы по числу фаз первичной сети, выполненные по схеме однофазного инвертора на ключах с двухсторонней проводимостью, входные зажимы которых подключены к соответствующим фазам первичной сети, а выходные — к первичным обмоткам согласующих трансформаторов, вторичные обмотки которых соединены последовательно между собой и с нагрузкой, т. е. однофазные инверторы включаются на первичной стороне согласующих трансформаторов. Это обстоятельство не имеет принципиального значения, так как однофазные инверторы"могут быть включены на вторичные обмотки трансформаторов, первичные обмотки которых подключаются к первичной сети. Форма . выходного напряжения при сохранении алгоритма работы ключей модуляторов остается неизменной.

Управление ключами модуляторов ведется по циклическому алгоритму, при котором нагрузка по очереди подключается через равные промежутки времени к фазам эквивалентной многофазной системы напряжений, и который обеспечивает паузу опре20 деленной длительности между полупериодами эквивалентного модулирующего воздействия для каждого из модуляторов, что позволяет существенно уменьшать коэффициент

886166

3 гармоник выходного напряжения ПЧ. Так, для трехфазной сети длительность паузы обычно выбирают равной 30 эл. град. 12).

Однако во время действия паузы напряжение эквивалентной фазы сети, к которой подключается нагрузка преобразователя, оказывается меньше напряжения эквивалентной фазы в отсутствие паузы, т. е. эквивалентная 12-фазная система напряжений, формирующаяся при этом, оказывается несимметричной. Это приводит к повышению коэффициента гармоник выходного напряжения преобразователя, и, следовательно, к увеличению массы и габаритов фильтров, что одновременно со снижением энергетических показателей ухудшает динамические характеристики преобразователя.

Цель изобретения — улучшение формы кривой выходного напряжения путем снижения коэффициентов гармоник.

Поставленная цель достигается тем, что преобразователь частоты с непосредственной связью, содержащий однофазные согласующие трансформаторы по числу фаз питающей сети и однофазные инвертирующие ячейки на ключах с двухсторонней проводимостью, причем силовые входные выводы этих ячеек подключены ко вторичным обмоткам соответствующих трансформаторов, а выходные выводы ячеек соединены между собой последовательно и образуют выходную цепь преобразователя, снабжен двумя вентильными мостами с управляемыми ключами на их выходах, первичные обмотки согла, сующих трансформаторов выполнены с отпайками, подключенными ко входам одного вентильного моста, одни концы этих обмоток подключены ко входам второго вентильного моста, а другие их концы образуют силовые входные выводы преобразователя для подключения их к сети.

На фиг. представлен предлагаемый преобразователь частоты, принципиальная схема; на фиг. 2 — временные диаграммы работы ключей преобразователя; на фиг. 3-временная диаграмма (эпюра) выходного напряжения ПЧ; на фиг. 4 — векторные диаграммы, поясняющие принцип формирования выходного напряжения.

Преобразователь частоты содержит од.нофазные согласующие трансформаторы 1—

3 по числу фаз первичной сети (в приведенной схеме три фазы), однофазные инверторные ячейки 4 — 6, силовые входные выводы которых подключены ко вторичным обмоткам 7 — 9 трансформаторов 1 — 3, а выходные — последовательно между собой и с нагрузкой 10.

Инверторные ячейки выполнены на ключах 11 — 22 ко входам вентильных мостов 23 и 24 с ключами 25 и 26, на их выходах подключены отпайки 27 — 29 и одни концы первичных обмоток 30 — 32, а другие концы 33 — 35 образуют силовые входные выводы, подключаемые к фазам сети А, В и С.

Зо

4

Принцип формирования выходного напряжения заключается в том, что, замыкая ключи 11 — 22 однофазных инверторов 4 — 6 по определенному алгоритму, в общем кон туре суммирования, в который включена нагрузка 10, получают сумму, в одном случае, двух, а в другом — трех векторов напряжений вторичных обмоток 7 — 9 трансформаторов 1 — 3, причем суммарные векторы оказываются сдвинутыми друг относительно друга на угол ф, что дает возможность реализовать эквивалентную 12-фазную систему напряжений.

Рассмотрим формирование эквивалентной 12-фазной системы напряжений.

Алгоритмы переключения ключей 11 — 22 и 25, 26 соответствуют временным диаграммам на фиг. 2.

При замыкании ключей 11, 14; 16, 17;

19, 22 и ключа 26 в момент t в общий контур суммирования включаются вектор А (обмотка 7), вектор — В (обмотка 8) и вектор С (обмотка 9). Суммарный вектор 1 изображен на диаграммах 36 — 48 (фиг. 4).

На временной диаграмме выходного напряжения (фиг. 3) это состояние соответствует интервалу t — t<.

В момент времени tz размыкается ключ

22, замыкается ключ 21, размыкается ключ 26 и замыкается ключ 25, и в интервале t< — tq в контуре суммируются векторы

А и — В, обмотка 9 оказывается исключенной из общего контура и образуется суммарный вектор II (диаграммы 37 и 48 на фиг. 4), сдвинутый относительно сектора I:иа угол ф.

При этом, благодаря замыканию ключа 25, общая точка первичных обмоток трансформаторов, включенных по схеме «звезда», оказывается в точке соединения отпаек 27—

29, коэффициент трансформации трансформаторов 1 — 3 повышается и вектор II оказывается равным по величине вектору 1 (на фиг. 4 обозначения А, В и С соответствуют соединению в общую точку выводов 33, 34 и 35 первичных обмоток трансформаторов — замкнут ключ 26, а обозначения А, В, С вЂ” соединению в общую точку отпа-! р ек 27, 28, 29 — замкнут ключ 25).

На диаграмме 48 (фиг. 4) показан вектор 11, который образуется на. данном интервале в схеме прототипа.

В момент времени t размыкаются ключи 19 и 25, замыкаются ключи 20 и 26, и в интервале t — t> напряжения вторичных обмоток 7 — 9 образуют систему напряжений

А, В и С, в общем контуре суммируются векторы А — В1 — С и формируют суммарный вектор III (диаграммы 38,48 на фиг. 4), сдвинутый относительно вектора I на угол - Последующие суммарные векторы IV— з

XII формируются аналогично, оказываются сдвинутыми друг относительно друга на угол

6 и образуют эквивалентную 2-фазную симметричную систему напряжений (диаграммы 39 — 47 и 48 на фиг. 4). На диаграм886166

5 ме 48 видно,,что эквивалентная 12-фазная система напряжений, образованная векторами 1 †X оказывается несимметричной, что и обуславливает повышение коэффициента гармоник выходного напряжения преобразователя.

Таким образом, в предлагаемом ПЧ, испоЛьзуя приведенный алгоритм переключения ключей, на нагрузке 10 получают выходное напряжение с коэффициентом гармоник 0,152, меньшим, чем у прототипа.

Формула изобретения

Преобразователь частоты с непосредственной связью, содержащий однофазные согласующие трансформаторы по числу фаз питающей сети и однофазные инверторные ячейки на ключах с двухсторонней проводимостью, причем силовые входные выводы этих ячеек подключены ко вторичным обмоткам соответствующих трансформаторов, а выходные выводы ячеек соединены между собой последовательно и образуют выходную цепь преобразователя, отличающийся тем, 6 что, с целью улучшения формы кривой выходного напряжения путем снижения коэффициента гармоник, он снабжен двумя вентильными мостами с управляемыми ключами на их выходах, первичные обмотки согласующих трансформаторов выполнены с отпайками, подключенными ко входам одного вентильного моста, одни концы этих обмоток подключены ко входам второго вентильного моста, а другие их концы образуют силовые входные выводы преобразователя для под1О ключения их к сети.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Пьяных Б. Е. Исследование несимметричных режимов преобразователей частоты с однократной модуляцией. Дис. на соиск. уч. степени канд. техн. наук. Киев, 1972, с. 211 — 225.

2. Мыцык Г. С., Сенько В. И. и Скобченко В. М. Построение, анализ и возможности,применения преобразователей. частоты рО с квайиоднополосной модуляцией. †Автоматизация управления организационными и техническими системами. Томск, изд-во. Томского университета, 1979, с. 175 †1.

886166

-в

I д!

А

«х

Составитель Г. Мыцык

Редактор Е. Дичинская Техред А. Бойкас Корректор М. Шароши

Заказ 10554/73 Тираж 733 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изббретений и открытий ! 13035, Москва, _#_ — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4