Непосредственный утроитель частоты

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<11961073 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (51)М Кл з (22) Заявлено 191280 (21) 3256100/24-07 с присоединением заявки №

Н 02 М 5/27 (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий (53) УДК 621. 314. .27(088.8) Опубликовано 23.0982. Бюллетень ¹ 35

Дата опубликования описания 230982

/ д,.

Т.Ю. Саккос,. И.Э. Ранне, В.В. Сарв и Ю.Э. 7(;ооярв "Ф-,,:, .;, l: Ю /

l .

" - --:1. .Институт термофизики и электрофизики АН ЭС1 Р (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) НЕПОСРЕДСТВЕННЫИ УТРОИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ о

Изобретение относится к преобразствательной технике и может быть использовано в системах электропитания утроенной частоты, где требуется повышенное качество выходного и входного токов

Известны вентильные непосредственные преобразователи частоты, работающие в режиме утроения частоты (1) -(3).1п

Однако данные утроителя выполнены в виде мостов на неполностью управляемых вентилях-тиристорах с естественной коммутацией, что является причиной низких технико-энергетических показателей этих устройств.

Известен также утроитель частотыт в который для обеспечения полной управляемости тиристоров вводят блоки принудительной коммутации P4).

Однако его недостатком является пониженное качество потребляемого из сети тока.

Наиболее близким по существу технического решения к предлагаемому является устройство, содержащее трехфазный управляемый вентильный мост и дроссель, обмотка которого имеет центральный отвод, причем начало и конец обмотки этого дросселя соедине-. ны соответственно к анодной и катодной точкам трехфазного вентильного моста, центральный отвод обмотки соединен к одному зажиму однофазной нагрузки, а другой зажим нагрузки соединен нулевой точкой сети. Для придания вентилям моста свойств полной управляемости здесь используется блок принудительной конденсаторной коммутации (5).

Недостатком известного устройства является сравнительно плохая форма потребляемого из .сети тока.

Целью изобретения является улучшение формы потребляемого иэ сети тока.

Поставленная цель достигается тем, что непосредственный утроитель частоты, содержащий выполненный на полностью управляемых ключах трехфазный мост с включенным на его выходе дросселем, обмотка которого имеет средний отвод, образующий первый выходной вывод для подключения нагрузки, снабжен односердечниковым индуктивным делителем тока, обмотка которого имеет промежуточный отвод, образующий второй выходной вывод для подключения нагрузки, а концы этой обмотки через введенные полностью управляемые ключи переменного тока с

961073 с двухсторонней проводимостью подключены к каждому из входных выводов упомянутого моста.

Наиболее оптимальным отношением чисел виткон секций обмотки делителя тока является cos 45о: cos 75 = 5 о

2,73. В этом случае числа витков первой и второй секций составляют соответственно 0,732 и 0,268 от суммарного числа витков обмотки.

Это отличие обеспечивает то, что Я вентильный непосредстненный утроитель частоты может работать н

12-пульсном режиме. В результате этого в выходном токе отсутствуют гармоники ниже 12-й, а в токе питания ниже 11-й, что сопровождается существенным уменьшением искаженности этих токов

На Фиг. 1 изображена принципиаль-. ная схема непосредственного" утроителя частоты для упрощения выполнений на двухоперационных тиристораху на фиг. 2 — временная диаграмма напряжения питания одной фазы, тока питания одной фазы и напряжения нагрузки, а также таблица включенного состояния тиристоров.

Утроитель частоты (фиг. 1) содержит трехфазный мост о управляемыми вентилями (тиристорами) 1-6, два дополнительных трехфазных моста с,уп равляемыми вентилями 7-12 и 13-18 соотнетственно,.трехфазные входы

"-тих мостов соединены к зажимам 19-21 питания, дроссель 22, выполняющий функцию фильтрации тока и индуктив- 35 ный делитель 23 тока. Начало 24 и конец 25 обмотки сглаживающего дросселя подключены к анодной и катодной точкам трехфазного вентильного моста

1-6, а центральный отвод 26 обмотки 4g соединен к одному зажиму однофазной нагрузки 27 °

Односердечниковый делитель 23 тока имеет обмотку с началом 28, концом

29 и отводом .30. Отвод 30 обмотки 45 делителя 23 тока подключен к второму зажиму оцнофаэной нагрузки, начало

28 обмотки подключено к связанным между собой анодной и катодной точкам дополнительного моста 7-12, а конец 29 обмотки подключен к связанным между собой анодной и катодной точкам дополнительного моста 13-18.

Предлагаемый непосредстненный утроивель частоты работает следующим образом. 55

В каждый момент времени во вклю ченном состоянии находятся только три вентиля, находящихся н разных фазах и в разных трехфазных мостах.

При этом, когда в основном вентиль- 60 ном мосте 1-6 включен вентиль катодной группы, то в дополнительных вентильных мостах 7-12 и 13-18 включенные вентили находятся в анодной группе и наоборот. В результате этого ток 65 ,з основного вентильного моста 1-6 равен сумме токов дополнительных вентильных мостов 7-12 и 13-18. Отношение токов определяется отношением чисел нитков секций обмотки делителя 23 тока.

Так как токи в обмотке делителя тока являются переменными и накопление энергии в делителе тока не требуется, то его сердечник может быть изготовлен беэ немагнитного зазора, что позволяет при анализе работы пренебрегать намагничивающим током.

Соответственно суммарная намагничи-. вающая сила двух секций равна нулю и токи . в секциях (и, следовательно, в соответствующих дополнительных вентильных мостах) обратно пропорциональны числам витков секций. В целях исключения из тока питания высших гармоник ниже 11-й целесообразно выбрать отношение чисел витков секций обмотки делителя,тока равным cos 45 .: cos 75 = 2,73, что соответствует числу витков сек-,,ций 0,732 и 0,268 от суммарного числа витков обмотки делителя тока.

Рассмотрим интервал работы, когда включены вентили 4, 9 и 14. В атом случае нача чо 28 обмотки делителя

23 тока соединено через вентиль 9 и зажим 21 с фазой С системы питания, конец 29 обмотки через вентиль 14 и зажим 20 " с фазой В,.а отвод 30 обмотки через нагрузку 27, половину обмотки сглаживающего дросселя 22, вентиль 4 и зажим 19 — с фазой A системы питания. Соответственно, при пренебрежении падением напряжений на включенных вентилях напряжение на обмотке делителя тока равно линейному напряжению питания 09o.. Обозначая числа витков и напряжения обмотки между зажимами 28, 29 и 30 соответствен28-29 29-3o 3o-2д и 028 2р

029 и U можем написать 3o-25

Ьж:®28 19™28 30 г8 29 (1) эо-29 2Я 2> 3о-29 29-29 (2)

Учитывая, что в рассматриваемом интервале 029 29 0, а напряжение

0 ранняется напряжению

2 -эо

0 = 0 = 0 + 0 (3)

a9-g o А " Ьо AS Le-зо с учетом оптимального отношения чисел витков секций

Ч,:„Myо 29 =0,732:0,268=2,73, 28-Зо," получим для мгновенного значения напряжения нагруэочной ветви

29. зо Одв + Ощ-уо = 0 +О 268 0з (4) !

Если, линейные напряжения 0 д9 и 09 синусоидальны, то в рассматриваемом ин/

961073 тервале и мгновенное напряжение нагрузочной ветви изменяется по отрезку синусоиды.

Для получения 12-пульсного режима работы необходимо, чтобы напряжение нагрузочной ветви утроителя формировалось из одинаковых отрезков синусоид, сдвинутых между собой на 30 .

Требуемые сдвинутые синусоидальные полуволны для формирования 12-пульсного режима можно получить выбором подходящих комбинаций включенных вентилей. Например, при включенном состоянии вентилей 4, 8 и 15 напряжение нагрузочной ветви

Uag-зо =U +U g gp =Ups +0,732 Usc, (5) причем эта новая синусоида отстает от синусоиды, соответствующей предыдущему интервалу работы на 30, что и 2О требовалось.

Очередность замыкания вентилей 1-18, обеспечивающая 12-пульсный режим работы схемы (фиг. 1) и тем самым утроение частоты тока нагрузки, приве-25 дена в таблице на фиг. 2.

Изменение величины тока нагрузки осуществляется сдвигом фазы замыкания заданных комбинаций вентилей, а тем самым и фазы тока питания относитель- З но фазы напряжения питания. При этом регулирование возможно как с отстающим, так и опережающим током питания.

Временные диаграммы напряжения питания UA, тока питания iA и тока нагрузки iz на фиг. 2 соответствуют полностью сглаженному выходному току, равному амплитуде..тока iA, и сдвигу фазы fA=- 60 между напряжением и тоо ком питания.

Сдвиг фаэ во всех фазах одинаков, 40 т.е. QA= Э= 9 =4 . На фиг. 2 показана также временная диаграмма максимального тока нагрузки t g yq соответствующая сдвигу фазы = 0" .

Регулированию выходного тока от 45 максимума до нуля соответствует изменение фазы 9„ в пределах 0-90

При полностью сглаженном токе нагрузки форма тока питания во всем диапазоне регулирования остается неизменной. Соответственно не изменяется и спектральный состав тока питания. В результате того, что ток нагрузки жестко связан с током питания, его форма также не изменяется, причем этот ток имеет прямоугольную форму и утроенную частоту. Под действием делителя тока прямоугольный ток через отвод 30, равный току нагрузки,разветвляется на два прямоугольных тока с амплитудами, обратно пропорциональными числами витков секций обмотки делителя тока.,Положительным свойством предлага. мого вентильного непосредственного утроителя частоты является существе1: ное улучшение спектрального состава, потребляемого иэ сети переменного тока. Это достигается тем, что в схе ме утроителя применяются два дополнительных трехфазных управляемых вентильных моста и индуктивный делитель тока с отводом, сдвинутым с центра обмотки, в результате чего можно осу.ществлять 12-пульсный режим работы бе:

1 необходимости применения фазопреобразователя или специального входного трансформатора. Работа индуктивного делителя тока на утроенной частоте способствует уменьшению его.массо-габаритных показателей.

Формула изобретения

Непосредственный утроитедь частоты, содержащий выполненный на полностью управляемых ключах трехфазный ,мост с включенным на его выходе дрос,селем, обмотка которого имеет средний отвод, образующий первый выходной вывод для подключения нагрузки, отличающийся тем, что, с целью улучшения формы тока, потребляе- .. мого от питающей сети, он снабжен односердечниковым индуктивным. делителем тока, обмотка которого имеет промежуточный отвод, образующий второй выходной вывод для подключения нагрузки, а концы этой обмотки через введенные полностью управляемые ключи переменного тока с двухсторонней проводимостью подключены к каждому из входных выводов упомянутого моста.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Чалый Г.В. и Иаввский О.А. Вентильные бестрансформаторные умножите» ли частоты. — "Электричество", 1969, 9 7.

Патент Швейцарии Р 479978, кл. Н 02 Yi1 5/22, 1968.

3. Патент Англии 9 1004294, кл. H 2 F, 1965.

4. Авторское свидетельство СССР

9 565361, кл, Н 02 М 5/27, 1974.

Коробан Н. Т., Мастаев Н.Э. и

Мыцык Г.С. Сравнительный анализ передаточных характеристик полностью управляемых преобразователей частоты с непосредственной связью с различным числом входных фаэ. — В кн.: Повышение эффективности устройств преобразовательной техники, часть 2. Киев, "Наукова думка", 1972, с. 215, рис. З,б.

961973 дчереднюта тмьiыния 3ентымй f-В ФюрМаие мюеиюмм йюевнИ f. Ý

Qual

ВНИИПИ Заказ 7310/72 Тираж 721 Подписное

Филиал ППП"Патент", r. Ужгород, ул.Проектная, 4