УДВОИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ Российский патент 1994 года по МПК H02M5/45 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано на энергетических сетях и установках.

Известны вентильно-трансформаторные преобразователи переменного напряжения [1] .

Прототипом изобретения является удвоитель частоты с двухфазным входом [2] , содержащий два мостовых выпрямителя и пороговый и суммирующий узлы.

К недостаткам прототипа следует отнести недостаточные КПД и надежность и сложность устройства.

Целью изобретения является повышение КПД и надежности и упрощение устройства.

Цель достигается тем, что в удвоителе частоты трехфазной сети с многофазным входом, содержащем двухполупериодные мостовые выпрямители, вход каждого из которых соединен с входными выводами соответствующей фазы удвоителя частоты, а выход через пороговый узел соединен с входом суммирующего узла, выход которого соединен с выходными выводами удвоителя частоты, суммирующий узел выполнен в виде трехфазного трансформатора, каждая первичная обмотка которого состоит из двух включенных встречно полуобмоток, подключенных каждая к выходу своего мостового выпрямителя, причем одна из полуобмоток подключена через свой управляемый вентиль к одному полюсу мостового выпрямителя, вход которого соединен с фазным выходом питающей сети, а управляющий электрод вентиля подключен через пороговый узел непосредственно или через делитель напряжения к другому полюсу этого выпрямителя, другая полуобмотка первичной обмотки фазы трансформатора подключена через свой управляемый вентиль к одному полюсу своего мостового выпрямителя, вход которого соединен непосредственно или через понижающий трансформатор с линейным выходом питающей сети, а управляющий электрод вентиля подключен через свой пороговый узел непосредственно или через делитель напряжения к другому полюсу этого выпрямителя.

Для регулирования выходного напряжения и использования тиристоров в качестве управляемых вентилей в цепи их управляющих электродов могут быть включены элементы задержки напряжения.

На чертеже приведена электрическая схема удвоителя частоты трехфазной сети, у которого первичные и вторичные обмотки трансформатора соединены треугольником, а в качестве управляемых вентилей использованы тиристоры.

Полуобмотки 1 и 2 составляют каждую фазу первичной обмотки силового трансформатора, являющегося суммирующим узлом удвоителя частоты первичной трехфазной питающей сети АВС. Один конец каждой полуобмотки 1 подключен к положительному полюсу мостового выпрямителя, собранного на диодах 3. Вход этого выпрямителя соединен с фазным выходом питающей сети. Другой конец полуобмотки 1 подключен к отрицательному полюсу выпрямителя через тиристор 4, управляющий электрод которого через пороговый узел на опорном диоде 5 и резисторе 6 подключен к положительному полюсу выпрямителя (непосредственно или через делитель напряжения). Один конец полуобмотки 2 каждой фазы трансформатора подключен к положительному полюсу мостового выпрямителя, собранного на диодах 7, вход которого соединен с линейным выходом питающей сети. Другой конец полуобмотки 2 подключен к отрицательному полюсу этого выпрямителя через тиристор 8, управляющий электрод которого через свой пороговый узел на опорном диоде 9 и резисторе 10 подключен к положительному полюсу выпрямителя. Подключение управляющих электродов всех тиристоров к положительным полюсам своих мостовых выпрямителей осуществлено через делители напряжения на резисторах 11. По направлению выпрямленных токов полуобмотки 1 и 2 включены между собой встречно и могут иметь друг с другом общую точку (как показано на схеме). Управляющие входы всех тиристоров зашунтированы конденсаторами 12, которые вместе с соответствующими резисторами 6 и 10 составляют элементы задержки напряжения управления. На входе мостовых выпрямителей, относящихся к одной фазе суммирующего трансформатора, сетевое напряжение сдвинуто относительно друг друга на 270^о (90^о). Это достигается тем, что если вход одного выпрямителя подключен к фазе А сети, то вход другого подключен к линии ВС сети, и т. д. Вторичные обмотки 13 силового суммирующего трансформатора образуют вторичную сеть abc переменного тока удвоенной частоты. Для образования вторичной сети небольшой мощности вместо тиристоров могут быть применены транзисторы. В качестве суммирующих силовых трансформаторов удвоителя частоты могут использоваться сетевые трансформаторы понижающих подстанций, обеспечивая одновременное выполнение обеих функций - понижение напряжения и удвоение частоты.

Для снижения линейного напряжения до уровня фазного вторичные обмотки сетевого трансформатора могут иметь специальные отводы.

Работает удвоитель частоты трехфазной сети следующим образом.

Когда выпрямленное пульсирующее фазное напряжение на выходе мостового выпрямителя, собранного на диодах 3, достигает порога срабатывания опорного диода 5, его ток через резистор 6 открывает (с некоторой задержкой во времени) тиристор 4 и по полуобмотке 1 фазы суммирующего трансформатора течет выпрямленный ток. Длительность задержки открывания тиристора 4 определяется величиной сопротивления резистора 6 и емкостью конденсатора 12. Для снижения напряжения на опорном диоде 5 и дополнительной задержки момента его открывания диод подключают к положительному полюсу выпрямителя не непосредственно, а через делитель напряжения на резисторах 11. С этой же целью непосредственно в цепь конденсатора 12 может быть введен добавочный резистор (на чертеже не показан), ограничивающий величину тока через опорный диод. В любом случае порог открывания диода должен быть подобран близким к амплитудному значению выпрямленного пульсирующего напряжения. Ток в полуобмотке 1 суммирующего трансформатора прекращается в паузе тока мостового выпрямителя, собранного на диодах 3. По достижении соответствующего уровня напряжения (также близкого к амплитудному) на выходе выпрямителя на диодах 7, подключенного к линейному выходу питающей сети, открываются опорный диод 9, а вслед за ним тиристор 8. Благодаря элементам 10, 12 тиристор 8 открывается существенно позже диода 9, в полуобмотке 2 соответствующей фазы суммирующего трансформатора появляется выпрямленный ток, который прекращается естественным образом, в паузе тока выпрямителя, собранного на диодах 7. Таким образом, за один период сетевого питающего напряжения ток в первичной обмотке каждой фазы трансформатора меняет свое направление дважды, вследствие чего наведенная во вторичных обмотках 13 ЭДС имеет удвоенную частоту следования.

Необходимым условием для работы удвоителя частоты, собранного на тиристорах, является требование поочередной работы тиристоров 4 и 8, принадлежащих к одной фазе суммирующего трансформатора (с некоторым запаздыванием на включение последующего тиристора), что обеспечивается соответствующими элементами задержки. Другим условием нормальной работы удвоителя частоты является выравнивание действующих в полуобмотках 1 и 2 магнитных потоков, поскольку величины фазных и линейных напряжений питающей сети различны. Для этого задержка включения тиристора 8 должна существенно превосходить таковую в тиристоре 4. Выравнивание магнитных потоков в полуобмотках может быть достигнуто также включением понижающего трансформатора. С помощью резисторов 6, 10, 11 и конденсаторов 12 может осуществляться дальнейшая большая отсечка токов в полуобмотках, что эквивалентно снижению напряжения на суммирующем трансформаторе. Такое плавное или ступенчатое регулирование напряжения может производиться с помощью шести установленных на общей оси реостатов или контакторов.

Естественное выключение токов в обмотках удвоителя частоты обеспечивает простоту устройства, высокие КПД и надежность, малые коммутационные помехи.

Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в возможности простыми средствами и с малыми энергетическими потерями создать автономные электрические сети с удвоенной частотой, позволяющие экономить электротехнические материалы (железо) и упросить средства для компенсации реактивности на сети. (56) 1. Бушуев В. М. Электропитание устройств связи. М. : Радио и связь, 1986, с. 55, 56.

2. Авторское свидетельство СССР N 500569, кл. Н 02 М 5/16, 1976.

Использование: на электрических сетях. Сущность изобретения: устройство содержит полуобмотки, подключенные к соответствующим выпрямителям через управляемые вентили. Для каждой фазы выходного напряжения, вход одного выпрямителя соединен с фазным выходом питающей сети, а вход другого - с линейным выходом. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. УДВОИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ, содержащий мостовые выпрямители, вход каждого из которых соединен с входными выводами соответствующей фазы удвоителя частоты, а выход через пороговый узел соединен с входом суммирующего узла, выход которого соединен с выходными выводами удвоителя частоты, отличающийся тем, что суммирующий узел выполнен в виде трехфазного трансформатора, каждая первичная обмотка которого состоит из двух включенных встречно полуобмоток, подключенных каждая к выходу своего мостового выпрямителя, одна из полуобмоток подключена через свой управляемый вентиль к одному полюсу своего мостового выпрямителя, вход которого соединен с фазным выходом питающей сети, а управляющий электрод вентиля подключен через свой пороговый узел непосредственно или через делитель напряжения к второму полюсу этого выпрямителя, другая полуобмотка первичной обмотки фазы трансформатора подключена через свой управляемый вентиль к одному полюсу своего мостового выпрямителя, вход которого соединен с линейным выходом питающей сети непосредственно или через понижающий трансформатор, а управляющий электрод вентиля подключен через свой пороговый узел непосредственно или через делитель напряжения к второму полюсу этого выпрямителя. 2. Удвоитель по п. 1, отличающийся тем, что в цепи управляющих электродов вентилей включены элементы задержки напряжения.