НЕПОСРЕДСТВЕННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ Российский патент 2006 года по МПК H02M5/27 H02P9/42 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в стабилизированных высокочастотных источниках электроэнергии автономных систем электроснабжения.

Известны преобразователи частоты (см. Джюджи Л., Пелли Б. Силовые полупроводниковые преобразователи частоты. М.: Энергоатомиздат, 1983, с.280), которые, кроме известных узлов и элементов, содержат маломощные ключи, алгоритм работы которых повторяет алгоритм работы ключей силовой схемы, что значительно понижает надежность работы преобразователя и его КПД.

Наиболее близким по техническому решению является непосредственный преобразователь частоты, содержащий блок силовых вентилей, фильтр, трансформатор тока, задающий генератор, сумматор, измеритель отклонений напряжения, блок синхронизации, датчик тока, генератор типа кривой, компараторы, логические элементы И, распределители импульсов (см. Григораш О.В. К вопросу использования непосредственных преобразователей частоты для стабилизации напряжения асинхронных генераторов с высокоскоростными приводными двигателями. Промышленная энергетика, 1995, №8, с.34). Недостатком этого преобразователя являются то, что несимметрия высокочастотного напряжения источника питания, а также его колебания могут привести к потере управляемости из-за превышения напряжения задающего генератора, формирующего ведущий сигнал, значений опорного напряжения - косинусных синхронизирующих кривых. Эти недостатки снижают устойчивость и надежность работы непосредственного преобразователя частоты.

Техническим решением поставленной задачи является повышение устойчивости и надежности работы непосредственных преобразователей частоты.

Поставленная задача достигается тем, что непосредственный преобразователь частоты дополнительно имеет силовой блок, включающий трансформатор с вращающимся магнитным полем, регулятор подмагничивания, дроссель управления с рабочей обмоткой и обмоткой управления, трансформатор с вращающимся магнитным полем содержит три выходных обмотки, конденсатор и дополнительную первичную обмотку, первый вывод которой соединен через конденсатор с первым выводом основной первичной обмотки, а вторые выводы основной и дополнительной первичных обмоток объединены, при этом основная и дополнительная первичные обмотки развернуты в пространстве на угол 90°, выходные обмотки трансформатора соединены по схеме "звезда" и соединены с входами блока косинусной синхронизации, однофазный вход трансформатора с вращающимся магнитным полем основной первичной обмоткой соединен с двумя из трех выводов для подключения высокочастотного источника напряжения, которые одновременно подключены к трехфазным входам первого и второго силовых блоков преобразователя, а однофазные выходы этих блоков соединены между собой и через выходной фильтр и трансформатор тока соединены с нагрузкой, первый и второй выходы блока косинусной синхронизации соединены с первым входом первого и второго блоков формирования управляющих сигналов, третий выход блока косинусной синхронизации соединен со вторым входом регулятора подмагничивания, выход которого соединен с обмоткой управления дросселя управления, рабочая обмотка которого соединена последовательной с основной первичной обмоткой трансформатора с вращающимся магнитным полем, выход задающего генератора соединен с первыми входами регулятора подмагничивания, сумматора и измерителя отклонения напряжения, второй вход измерителя отклонения напряжения соединен с выходом выходного фильтра, а выход со вторым входом сумматора, выход сумматора соединен со вторыми входами первого и второго блоков формирования управляющих сигналов, третьи входы которых соединены с первым и вторым соответственно выходами генератора типа кривой, вход которого соединен с выходом трансформатора тока, выходы первого и второго блоков формирования управляющих сигналов соединены с управляющими входами первого и второго силовых блоков преобразователя.

Новизна заявляемого технического решения обусловлена тем, что в схему непосредственного преобразователя частоты дополнительно введены второй силовой блок, содержащий трансформатор с вращающимся магнитным полем, регулятор подмагничивания, дроссель управления, соединенные функциональными связями.

По данным научно-технической и патентной литературы, авторам не известна аналогичная заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения уровню изобретения.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена функциональная схема непосредственного преобразователя частоты.

Непосредственный преобразователь частоты содержит два силовых блока 1 и 2, объединенных вместе своими трехфазными входами и однофазными выходами. При этом однофазные выходы силовых блоков 1 и 2 соединены с выходным фильтром 3, который через трансформатор тока 4 соединен с нагрузкой 5. Задающий генератор 6 своим выходом соединен с первым входом сумматора 7, с первым входом измерителя отклонений напряжения 8 и первым входом регулятора подмагничивания 9, второй вход сумматора 7 соединен с выходом измерителя отклонений напряжения 8, а выход соединен с первыми входами блоков формирования управляющих сигналов 10 и 11, вторые их входы соединены с выходами генератора формирователя типа 12, вход которого соединен с выходом трансформатора тока 4, а третьи входы - с выходами блока косинусной синхронизации 13, выходы блоков формирования управляющих сигналов 10 и 11 соединены с управляющими входами силовых блоков 1 и 2. Трансформатор с вращающимся магнитным полем 14 содержит вторичные трехфазные обмотки 15, первичные основную 16 и дополнительную 17 обмотки, конденсатор 18, при этом трансформатор с вращающимся магнитным полем вторичными обмотками 15 соединен с блоком косинусной синхронизации 13, основная первичная обмотка 16 соединена через конденсатор 18 с дополнительной первичной обмоткой 17 и одновременно с одной из фаз 19 источника высокочастотного напряжения с выводами 19, 20 и 21, и через рабочую обмотку 22 дросселя управления 23 - с другой фазой 21 и входом силовых блоков 1 и 2. Обмотка управления 24 дросселя управления 23 соединена с регулятором подмагничивания 9, второй вход которого соединен с третьим выходом блока косинусной синхронизации 13.

В качестве силовых блоков 1 и 2 используются две мостовые трехфазные схемы Ларионова, силовые вентили которых пофазно включены друг относительно друга встречно-параллельно.

Схема работает следующим образом. Задающим генератором 6 синусоидального напряжения u_ЗГ устанавливается рабочая частота f₂ выходного напряжения U_вых преобразователя. Ведущий сигнал с задающего генератора 6 поступает на один из входов сумматора 7, в измеритель отклонения напряжения 8 и регулятор подмагничивания 9. В измерителе отклонения напряжения 8 происходит сравнение выходного напряжения преобразователя с ведущим, и далее на второй вход сумматора 7 подается сигнал об отклонении выходного напряжения Δu. Сигнал рассогласования суммируется с ведущим сигналом, и результирующий сигнал синусоидальной формы u_c с выхода сумматора поступает на вторые входы блоков формирования управляющих сигналов 10 и 11. На первые входы этих блоков поступает опорный сигнал от блока косинусной синхронизации 13.

В блоках формирования управляющих сигналов 10 и 11 происходит сравнение двух сигналов опорного и ведущего, и при их равенстве формируются управляющие импульсы. В зависимости от полярности тока нагрузки i_н, которую фиксирует генератор типа кривой 12, управляющие сигналы u_y1 или u_y2 поочередно подаются на соответствующие управляющие электроды тиристоров силовых блоков 1 и 2 преобразователя. В результате чего при положительной полярности тока нагрузки работает блок 2 и формируется кривая напряжения положительного типа, а при отрицательной полярности работает блок 1 и формируется кривая напряжения отрицательного типа, получаемые из входного напряжения U_вх повышенной частоты f₁. При этом в силовых блоках преобразователя происходит естественная коммутация силовых тиристоров.

Блок косинусной синхронизации 13 формирует опорный, регулируемый по амплитуде сигнал следующим образом. Входное высокочастотное напряжение источника питания U_вх с выводов 19 и 21, через рабочую обмотку 22 дросселя управления 23 подключается к основной первичной обмотке 16 трансформатора с вращающимся магнитным полем 14. За счет того, что трансформатор содержит дополнительную первичную обмотку 17, первый вывод которой соединен через конденсатор 18 с первым выводом основной первичной обмотки 16, а вторые выводы первичных обмоток объединены, при этом первичные обмотки развернуты в пространстве на угол 90°, в первичных обмотках 16, 17 трансформатора 14 образуется круговое вращающееся магнитное поле, вызывающее действие ЭДС во вторичных обмотках 15. Вторичные обмотки 15 трансформатора 14 сдвинуты одна относительно другой на угол 120° и образуют симметричную трехфазную систему напряжений, совпадающую по фазе с входным напряжением U_вх силовой схемы преобразователя и являющегося источником питания блока косинусной синхронизации 13.

Регулирование опорного сигнала по амплитуде происходит следующим образом. При изменениях напряжения U_вх регулятор подмагничивания 9 изменяет величину тока подмагничивания в обмотке управления 24 дросселя 23. При этом происходит изменение падения напряжения на рабочей обмотке 22 и соответственно изменение напряжения на первичных 16, 17 и вторичных 15 обмотках трансформатора 14.

Таким образом, несимметрия высокочастотного напряжения источника питания не влияет на работу системы управления непосредственного преобразователя частоты, т.к. опорный синхронизирующий сигнал формируется при использовании одного из трех напряжений источника питания. И, кроме того, при изменениях напряжения в фазе высокочастотного источника питания, с которой синхронизируется работа непосредственного преобразователя частоты, ЭДС вторичных обмоток 15 трансформатора 14 регулируется так, что амплитуда косинусных синхронизирующих кривых на выходе блока косинусной синхронизации 13 остается неизменной.

Использование в составе системы управления непосредственного преобразователя частоты трансформатора с вращающимся магнитным полем, регулятора подмагничивания, дросселя управления и блока косинусной синхронизации выгодно отличает предлагаемый преобразователь от известных, так как повышается устойчивость и надежность его работы.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в стабилизированных высокочастотных источниках электроэнергии автономных систем электроснабжения. Техническим результатом является повышение устойчивости и надежности работы непосредственных преобразователей частоты. Непосредственный преобразователь частоты содержит два силовых блока, объединенных вместе своими трехфазными входами и однофазными выходами. Однофазные выходы силовых блоков соединены с выходным фильтром, который через трансформатор тока соединен с нагрузкой. Задающий генератор своим выходом соединен с первым входом сумматора, с первым входом измерителя отклонений напряжения и первым входом регулятора подмагничивания. Второй вход сумматора соединен с выходом измерителя отклонений напряжения, а выход соединен с первыми входами блоков формирования управляющих сигналов. Вторые их входы соединены с выходами генератора формирователя типа, вход которого соединен с выходом трансформатора тока, а третьи входы - с выходами блока косинусной синхронизации. Выходы блоков формирования управляющих сигналов соединены с управляющими входами силовых блоков. Трансформатор с вращающимся магнитным полем содержит вторичные трехфазные обмотки, первичные 16 и дополнительную 17 обмотки, конденсатор 18. Вторичные обмотки указанного трансформатора соединены с блоком косинусной синхронизации. Основная первичная обмотка соединена через конденсатор с дополнительной первичной обмоткой, с одной из фаз 19 источника высокочастотного напряжения через рабочую обмотку дросселя управления - с другой фазой и входом силовых блоков. Обмотка управления дросселя управления соединена с регулятором подмагничивания, второй вход которого соединен с третьим выходом блока косинусной синхронизации. 1 ил.

Непосредственный преобразователь частоты, содержащий силовой блок, фильтр, трансформатор тока, задающий генератор, сумматор, измеритель отклонений напряжения, блок синхронизации, датчик тока, генератор типа кривой, отличающийся тем, что дополнительно имеет силовой блок, включающий трансформатор с вращающимся магнитным полем, регулятор подмагничивания, дроссель управления с рабочей обмоткой и обмоткой управления, трансформатор с вращающимся магнитным полем содержит три выходные обмотки, конденсатор и дополнительную первичную обмотку, первый вывод которой соединен через конденсатор с первым выводом основной первичной обмотки, а вторые выводы основной и дополнительной первичных обмоток объединены, при этом основная и дополнительная первичные обмотки развернуты в пространстве на угол 90°, выходные обмотки трансформатора соединены по схеме "звезда" и соединены с входами блока косинусной синхронизации, однофазный вход трансформатора с вращающимся магнитным полем основной первичной обмоткой соединен с двумя из трех выводов для подключения высокочастотного источника напряжения, которые одновременно подключены к трехфазным входам первого и второго силовых блоков преобразователя, а однофазные выходы этих блоков соединены между собой и через выходной фильтр и трансформатор тока соединены с нагрузкой, первый и второй выходы блока косинусной синхронизации соединены с первым входом первого и второго блоков формирования управляющих сигналов, третий выход блока косинусной синхронизации соединен со вторым входом регулятора подмагничивания, выход которого соединен с обмоткой управления дросселя управления, рабочая обмотка которого соединена последовательно с основной первичной обмоткой трансформатора с вращающимся магнитным полем, выход задающего генератора соединен с первыми входами регулятора подмагничивания, сумматора измерителя отклонения напряжения, второй вход измерителя отклонения напряжения соединен с выходом выходного фильтра, а выход со вторым входом сумматора, выход сумматора соединен со вторыми входами первого и второго блоков формирования управляющих сигналов, третьи входы которых соединены с первым и вторым соответственно выходами генератора типа кривой, вход которого соединен с выходом трансформатора тока, выходы первого и второго блоков формирования управляющих сигналов соединены с управляющими входами первого и второго силовых блоков преобразователя.