ДЕЛИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2000 года по МПК H02M5/16 H02M5/257 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к полупроводниковой технике, и может быть использовано для снижения частоты действующего напряжения на двух группах электродвигателей и на других потребителях электроэнергии.

Известны преобразователи частоты, которые применяются для снижения частоты напряжения в 3 раза на приемниках электроэнергии по сравнению с частотой переменного напряжения на входе преобразователя.

Однако такие преобразователи имеют низкий коэффициент мощности из-за неэффективного использования напряжения на входе преобразователя, из-за нелинейных искажений тока и напряжения на входе и на выходе преобразователя [a. с. СССР N 1554089, кл. H 02 M 5/27, 1990; Рутштейн А.М. Регулируемый привод вентиляторов // Локомотив, 1998, N 6, c. 23-24].

Известен делитель частоты [a.с. СССР N 639109, кл. H 02 М 5/27, 1978], содержащий выпрямительный мост на тиристорах. К соединениям анодов тиристоров и катодов тиристоров подается переменное напряжение U₁ частотой f₁. К соединениям анодов и катодов тиристорного выпрямительного моста подключена нагрузка, напряжение на которой U₂ с частотой f₂ = f₁/2.

Недостатком данного устройства является загрузка источника энергии переменного напряжения постоянной составляющей тока и четными гармоническими составляющими тока, низкий коэффициент мощности из-за неэффективного использования напряжения на входе преобразователя.

Известен также непосредственный преобразователь частоты однофазно-однофазного напряжения (прототип) [Курбасов А.С., Феоктистов В.П. Новая схема преобразователя напряжения //Локомотив, 1997, N 5, c. 28-29]. Преобразователь выполнен на четырех тиристорных ключах, каждый из которых содержит два встречно-параллельно соединенных тиристора. Один вывод источника энергии соединен с выходом первой пары тиристорных ключей, а другой вывод источника энергии соединен с выходом второй пары тиристорных ключей. Один вывод нагрузки присоединен к выходу одних тиристорных ключей первой и второй пары, а другой вывод нагрузки соединен с выводом других тиристорных ключей первой и второй пары.

Недостатками преобразователя частоты является низкое качество выходного напряжения и сложность устройства.

Целью изобретения является улучшение гармонического состава выходного напряжения, повышение надежности устройства и улучшение коэффициента мощности.

Цель достигается тем, что каждый крайний вывод секционированной вторичной обмотки трансформатора присоединен к одному аноду и катоду тиристоров делителя.

К средней точке секционированной обмотки и другим анодам и катодам тиристоров, соединенных с крайними выводами секционированной обмотки трансформатора, подключены секции двухсекционной нагрузки. Данным соединением элементов делителя напряжения обеспечивается одновременное снижение действующего значения напряжения с U₁ до U₂ и частотой с f₁ до f₂ = f₁/2 на двух секциях нагрузки.

Таким образом, заявляемый делитель напряжения соответствует критерию изобретения "новизна".

Известные преобразователи частоты, в которых управление действующим напряжением выполняется модуляцией на высокой частоте или синхронной импульсной модуляцией на основной частоте, фазовым способом или изменением подаваемого на преобразователь действующего переменного напряжения, характеризуются нелинейными искажениями тока, напряжения на входе и выходе преобразователя, возможностью коротких замыканий источника энергии тиристорами преобразователя и снижением коэффициента мощности. В предложенном техническом решении за счет распределения напряжения на две секции нагрузки обеспечивается ступенчато-синусоидальная форма напряжения на выходе с действующим напряжением U₂ < U₁ частотой f₂ = f₁/2, коммутация тиристоров естественная с исключением возможности коротких замыканий в устройстве, а со смещением работы секций нагрузки во времени на угол 180^o повышается коэффициент мощности делителя.

Таким образом, заявляемый делитель напряжения соответствует критерию изобретения "существенные отличия".

Изобретение поясняется на фиг. 1-2.

На фиг. 1 дана принципиальная электрическая схема делителя напряжения повышенной надежности, улучшающего гармонический состав выходного напряжения и коэффициент мощности.

Тиристоры 1, 2 соединены анодом, а тиристоры 3, 4 соединены катодом с крайними выводами секционированной обмотки трансформатора 5. На первичную обмотку трансформатора подается напряжение U₁ частотой f₁. Двухсекционная нагрузка 6, 7 соединена одним выводом со средней точкой секционированной обмотки трансформатора. Другим выводом секция нагрузки 6 соединена с катодом тиристора 1 и с анодом тиристора 3, а секция нагрузки 7 соединена с катодом тиристора 2 и с анодом тиристора 4.

Принцип управления тиристорами делителя напряжения такой же, как во всех известных способах управления модуляцией на низкой частоте с углом регулирования тиристорами α = 0. Известная система формирования импульсов управления тиристорами содержит триггер, который позволяет делить частоту напряжения на два и формирователь импульсов управления тиристорами 1, 2, 3, 4 в момент перехода переменным напряжением через ноль в соответствии с алгоритмом управления.

Временные диаграммы напряжений U₁ частотой f₁ и напряжений U₂ на нагрузках 6, 7 частотой f₂ представлены на фиг. 2.

Цифры 1, 2, 3, 4 соответствуют номерам тиристоров на фиг. 1, которые находятся в проводящем состоянии в течение полупериода переменного напряжения. Распределение питающего напряжения U₁ по секционированным нагрузкам до величины U₂ с одновременным снижением частоты с f₁ до f₂ представляет на фиг. 2 алгоритм работы системы управления тиристорами делителя напряжения.

Предлагаемый делитель напряжения по сравнению с известными преобразователями частоты имеет следующие преимущества:
1) в гармоническом составе выходного напряжения действующее значение основной гармонической составляющей напряжения не менее 95% от действующего значения выходного напряжения;
2) повышается надежность устройства в 2 раза за счет паузы между интервалами проводящего состояния тиристоров, достаточной для выключения тиристоров, и за счет исключения коротких замыканий в схеме;
3) повышается коэффициент мощности в 2 раза за счет смещения во времени работы секционированных нагрузок наполовину периода эффективного использования напряжения на входе делителя и снижения нелинейных искажений напряжений на входе и выходе устройства.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к полупроводниковой технике. Сущность изобретения: устройство содержит преобразовательный трансформатор с секционированной вторичной обмоткой. К крайним выводам секционированной обмотки подсоединены встречно тиристоры 1, 2 анодом, а 3, 4 - катодом. К катоду тиристора 1 и к аноду тиристора 3 подсоединена одним выводом нагрузка 6, а другим выводом - к средней точке секционированной обмотки. К катоду тиристора 2 и аноду тиристора 4 подсоединена одним выводом нагрузка 7, а другим выводом - к средней точке секционированной обмотки. Действующее напряжение сети U₁ с частотой f₂ на нагрузках 6,7. Технический результат - улучшение гармоничности состава выходного напряжения. 2 ил.

Делитель напряжения, содержащий трансформатор с секционированной вторичной обмоткой, к крайним выводам которой подключены анодом и катодом по два тиристора, а двухсекционная нагрузка подключена выводом каждой секции к другим электродам тиристоров и вывод секций соединен со средней точкой секционированной вторичной обмотки, отличающийся тем, что вывод каждой секции двухсекционной нагрузки подключен к катоду и аноду двух тиристоров, другие электроды которых соединены с разными крайними выводами секционированной вторичной обмотки трансформатора.