НЕПОСРЕДСТВЕННЫЙ ТРЕХФАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ Российский патент 2008 года по МПК H02M5/22 H02P9/42 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в автономных системах электроснабжения для стабилизации напряжения и частоты высокочастотных генераторов электроэнергии.

Известный непосредственный преобразователь частоты (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), содержащий блок силовых вентилей, фильтр, трансформатор тока, задающий генератор, сумматор, измеритель отклонения напряжения, блок синхронизации, датчик тока, генератор типа кривой, компараторы, логические элементы И, распределители импульсов. Недостатками этого преобразователя является то, что несимметрия высокочастотного напряжения источника электроэнергии, а также его колебания могут привести к потере управляемости, снижению устойчивости и надежности работы непосредственного преобразователя частоты.

Наиболее близким по техническому решению является непосредственный преобразователь частоты (по патенту РФ №2269861, Н02М 5/27, Н02Р 9/42, 2006 г.), содержащий два силовых блока, выходной фильтр, трансформатор тока, задающий генератор, сумматор, измеритель отклонения напряжения, регулятор подмагничивания, дроссель управления, два блока формирования управляющих сигналов, генератор тока кривой, блок косинусной синхронизации, трансформатор с вращающимся магнитным полем и конденсатор.

Недостатком преобразователя является то, что он имеет однофазный выход.

Техническим решением поставленной задачи является разработать непосредственный преобразователь частоты с трехфазным выходом и естественной коммутацией силовых вентилей, обеспечивающий, стабилизацию напряжения и частоты при колебаниях и несимметрии напряжения генератора электроэнергии.

Поставленная задача достигается тем, что непосредственный преобразователь частоты, содержащий два силовых блока, выходной фильтр, задающий генератор, измеритель отклонения напряжения, трансформатор с вращающимся магнитным полем, конденсатор, дроссель управления, регулятор подмагничивания, сумматор и блок косинусной синхронизации, согласно изобретения содержит дополнительный силовой блок и блок трансформаторов тока, к силовым блокам подключен трехфазный вход преобразователя, а их однофазные выходы через выходной фильтр и блок трансформаторов тока подключены к нагрузке, первый вывод дополнительной первичной обмотки трансформатора с вращающимся магнитным полем 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 одна относительно другой на угол 90°, выходные обмотки трансформатора соединены по схеме «звезда» и подключены к входам блока косинусной синхронизации, однофазный вход трансформатора с вращающимся магнитным полем основной первичной обмотки через рабочую обмотку дросселя управления соединен с двумя из трех входов непосредственного преобразователя частоты, выход задающего генератора соединен с первыми входами трех блоков управления и первыми входами регулятора подмагничивания и измерителя отклонения напряжения, второй вход которого соединен с выходом выходного фильтра, а выход соединен со вторыми входами трех блоков управления, третьи и четвертые входы первого, второго и третьего блоков управления соединены с первым и вторым, со вторым и третьим, первым и третьим соответственно выходами блока косинусной синхронизации, которые также соединены с входами трансформаторно-выпрямительного блока, выход которого подключен ко второму входу регулятора подмагничивания, выход регулятора подмагничивания соединен с обмоткой управления дросселя, пятый вход трех блоков управления через блок трансформаторов тока соединен с выходом преобразователя, первый и второй выходы трех блоков управления соединены с управляющими электродами тиристоров силовой схемы непосредственного преобразователя частоты, каждый из блоков управления содержит сумматор, первый и второй формирователи управляющих сигналов и генератор типа кривой, причем первый и второй входы сумматора подключены к первому и второму входам блока управления, выход сумматора соединен с первыми входами первого и второго формирователей управляющих сигналов, вторые выходы которых соединены с первым и вторым соответственно входами генератора типа кривой, вход которого подключен к пятому входу блока управления, третьи входы первого и второго формирователей управляющих сигналов подключены к третьему и четвертому соответственно входам блока управления, выходы первого и второго формирователей управляющих сигналов подключены к первому и второму соответственно выходам блока управления.

Новизна заявленного технического решения обусловлена тем, что схема непосредственного преобразователя частоты содержит три силовых блока и три блока управления, а так же в схему введен трансформаторно-выпрямительный блок, соединенный функциональными связями, обеспечивающий стабилизацию напряжения и частоты при колебаниях и несимметрии напряжения генератора электроэнергии.

По данным научно-технической и патентной литературы авторам не известна аналогичная заявленная 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 трехфазного преобразователя частоты.

Непосредственный трехфазный преобразователь частоты содержит силовую схему 1, содержащую три силовых блока 2, 3 и 4, объединенных вместе своими трехфазными входами, а их однофазные выходы соединены с выходным фильтром 5, выходы которого через блок трансформаторов тока 6 соединены с выводами 7 для подключения нагрузки. Задающий генератор 8 своим входом соединен с первыми входами трех блоков управления 9, 10 и 11 соответственно и первыми входами измерителя отклонения напряжения 12 и регулятора подмагничивания 13. Выход измерителя отклонения напряжения 12 является вторыми входами блоков управления 9, 10 и 11, а его второй вход соединен с выходом выходного фильтра 5. Третьи и четвертые входы блоков управления 9, 10 и 11 соединены с соответствующими выходами блока косинусной синхронизации 14, а их пятый вход подключен к выходу блока трансформаторов тока 6. Первый и второй выходы блоков управляющих сигналов 9, 10 и 11, соответственно 15 и 16, 17 и 18, 19 и 20 соединены с управляющими входами силовых блоков 2, 3 и 4 силовой схемы 1 непосредственного преобразователя частоты. Каждый из блоков управления 9, 10 и 11 содержит сумматор 21, первый и второй формирователи управляющих сигналов 22 и 23, генератор типа кривой 24, причем первый и второй входы сумматора 21 являются первыми и вторыми входами блоков управления, а выход сумматора 21 подключен к первым входам формирователей управляющих сигналов 22 и 23, вторые входы которых соединены с первым и вторым соответственно выходами генератора типа кривой 24, вход которого является пятым входом блока управления, третьи входы формирователей управляющих сигналов 22 и 23 являются третьим и четвертым входами блока управления, выходы формирователей управляющих сигналов 22 и 23 являются первым и вторым выходами блока управления. Трансформатор с вращающимся магнитным полем 25 содержит вторичные трехфазные обмотки 26, первичные основную 27 и дополнительную 28 обмотки, конденсатор 29, при этом трансформатор с вращающимся магнитным полем 25 вторичными обмотками 26 соединен с входом блока косинусной синхронизации 14, основная первичная обмотка 27 через конденсатор 29 соединена с дополнительной обмоткой 28 и одновременно через рабочую обмотку 30 дросселя управления 31 соединена с двумя из трех входов 32, 33, 34 генератора высокочастотного напряжения соответственно 32 и 34. Обмотка управления 35 дросселя управления 31 соединена с регулятором подмагничивания 13, второй вход которого через трансформаторно-выпрямительный блок 36 соединен с выходными выводами блока косинусной синхронизации 14. Выводы генератора высокочастотного напряжения 32, 33 и 34 соединены с соответствующими входами силовых блоков 2, 3 и 4 силовой схемы 1 непосредственного преобразователя частоты.

Силовые блоки 2, 3 и 4 содержат по три пары встречно-параллельно включенных тиристоров, вход каждой из пары подключен к выводам генератора 32, 33 и 34 соответственно, а выходы трех пар каждого из силовых блоков тиристоров объединены и являются однофазным входом силового блока.

Непосредственный трехфазный преобразователь частоты работает следующим образом. Задающим генератором 8 синусоидального напряжения U_зг устанавливается рабочая частота на выходах 32-34 выходного напряжения преобразователя. Рассмотрим на примере одного блока управления 9 принцип формирования управляющих сигналов для тиристоров силовой схемы 1 непосредственного преобразователя частоты. Ведущий сигнал с задающего генератора 8 поступает на первые входы измерителя отклонения напряжения 12, регулятор подмагничивания 13 и на первый вход блока управления, являющийся первым входом сумматора 21, на второй вход которого, являющегося вторым входом блока управления, поступает сигнал от измерителя отклонения напряжения 12. В измерителе отклонения напряжения 12 происходит сравнение выходного напряжения преобразователя с ведущим сигналом и на второй вход сумматора подается сигнал об отключении выходного напряжения ΔU. Сигнал рассогласования ΔU суммируется с ведущим сигналом U_зг, и результирующий сигнал синусоидальной формы U_c с входа сумматора 21 поступает на первые входы блоков формирования управляющих сигналов 22 и 23. На третьи входы этих блоков поступает опорный сигнал от блока косинусной синхронизации 14. В блоках формирования управляющих сигналов 22 и 23 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 24, управляющие сигналы U_у1 или U_у2 поочередно подаются на соответствующие управляющие электроды тиристоров силовых блоков силовой схемы 1 непосредственного преобразователя частоты. В результате чего при положительной полярности тока нагрузки i_н на выходе силовых блоков 2 и 3 формируется кривая напряжения положительного типа, а при отрицательной полярности тока нагрузки i_н на выходе силовых блоков 2 и 3 формируется кривая напряжения отрицательного типа, получаемые из входного напряжения, подключаемые к выводам 32, 33 и 34, повышенной частоты 7. При этом в силовых блоках преобразователя происходит естественная коммутация силовых тиристоров.

Блок косинусной синхронизации 14 формирует опорный, регулируемый по амплитуде сигнал следующим образом. Входное высокочастотное напряжение генератора электроэнергии с выводов 32 и 34 через рабочую обмотку 30 дросселя управления 31 подключается к основной первичной обмотке 27 трансформатора с вращающимся магнитным полем 25. За счет того, что трансформатор содержит дополнительную первичную обмотку 28, первый вывод которой соединен через конденсатор 29 с первым выводом основной первичной обмотки 30, а вторые выводы первичных обмоток объединены, первичные обмотки развернуты в пространстве друг относительно друга под углом 90°. В первичных обмотках трансформатора образуется круговое вращающееся магнитное поле, вызывающее действие ЭДС во вторичные обмотках 26. Три вторичные обмотки 26 трансформатора сдвинуты одна относительно другой на угол 120° и образуют симметричную трехфазную систему напряжений, совпадающую по фазе с входным высокочастотным напряжением преобразователя.

Регулирование опорного сигнала по амплитуде происходит следующим образом. При изменениях высокочастотного входного напряжения преобразователя регулятор подмагничивания 13 изменяет величину тока подмагничивания в обмотке управления 35 дросселя 31. При этом происходит изменение падения напряжения на рабочей обмотке 30 и соответственно изменение напряжения на первичных 27, 28 и вторичных 26 обмотках трансформатора 25.

Таким образом, несимметрия высокочастотного напряжения генератора электроэнергии не влияет на работу блоков управления 9, 10 и 11 непосредственного трехфазного преобразователя частоты, т.к. опорный синхронизирующий сигнал для трех блоков управления формируется при использовании одного из трех напряжений высокочастотного генератора электроэнергии. И, кроме того, при колебаниях напряжения в фазе высокочастотного генератора электроэнергии, относительно которой синхронизируется работа блоков управления непосредственным трехфазным преобразователем частоты, ЭДС вторичных обмоток 26 трансформатора 25 регулируется так, что амплитуда косинусных синхронизирующих кривых на выходе блока косинусной синхронизации 14 остается неизменной.

Использование в составе непосредственного преобразователя частоты трех силовых блоков, содержащих по три пары встречно-параллельно включенных тиристоров, трех блоков управления и трансформаторно-выпрямительного блока выгодно отличает предлагаемый преобразователь от известного, так как на выходе преобразователя путем естественной коммутации тиристоров формируется трехфазное напряжение, при этом несимметрия и колебания входного высокочастотного напряжения не оказывают влияния на его работу.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат заключается в обеспечении стабилизации напряжения и частоты при колебаниях и несимметрии напряжения генератора электроэнергии. Для этого устройство содержит силовую схему, содержащую три силовых блока, объединенных вместе своими трехфазными входами, выходной фильтр, блок трансформаторов тока, задающий генератор, три блока управления, измеритель отклонения напряжения, регулятор подмагничивания, блок косинусной синхронизации, при этом каждый из блоков управления содержит сумматор, первый и второй формирователи управляющих сигналов, генератор типа кривой, кроме того, трансформатор с вращающимся магнитным полем содержит вторичные трехфазные обмотки, первичные основную и дополнительную обмотки и конденсатор, также содержит обмотку управления дросселя управления, трансформаторно-выпрямительный блок, а силовые блоки содержат по три пары встречно-параллельно включенных тиристоров, вход каждой из пары подключен к выводам генератора соответственно, а выходы трех пар каждого из силовых блоков тиристоров объединены и являются однофазным входом силового блока. 1 ил.

Непосредственный преобразователь частоты, содержащий два силовых блока, выходной фильтр, задающий генератор, измеритель отклонения напряжения, трансформатор с вращающимся магнитным полем, конденсатор, дроссель управления, регулятор подмагничивания, сумматор и блок косинусной синхронизации, отличающийся тем, что содержит дополнительный силовой блок и блок трансформаторов тока, к силовым блокам подключен трехфазный вход преобразователя, а их однофазные выходы через выходной фильтр и блок трансформаторов тока подключен к нагрузке, первый вывод дополнительной первичной обмотки трансформатора с вращающимся магнитным полем 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 одна относительно другой на угол 90°, выходные обмотки трансформатора соединены по схеме «звезда» и подключены к входам блока косинусной синхронизации, однофазный вход трансформатора с вращающимся магнитным полем основной первичной обмотки через рабочую обмотку дросселя управления соединен с двумя из трех входов непосредственного преобразователя частоты, выход задающего генератора соединен с первыми входами трех блоков управления и первыми входами регулятора подмагничивания и измерителя отклонения напряжения, второй вход которого соединен с выходом выходного фильтра, а выход соединен со вторыми входами трех блоков управления, третьи и четвертые входы первого, второго и третьего блоков управления соединены с первым и вторым, со вторым и третьим, первым и третьим соответственно выходами блока косинусной синхронизации, которые также соединены с входами трансформаторно-выпрямительного блока, выход которого подключен ко второму входу регулятора подмагничивания, выход регулятора подмагничивания соединен с обмоткой управления дросселя, пятый вход трех блоков управления через блок трансформаторов тока соединен с выходом преобразователя, первый и второй выходы трех блоков управления соединены с управляющими электродами тиристоров силовой схемы непосредственного преобразователя частоты, каждый из блоков управления содержит сумматор, первый и второй формирователи управляющих сигналов и генератор типа кривой, причем первый и второй входы сумматора подключены к первому и второму входам блока управления, выход сумматора соединен с первыми входами первого и второго формирователей управляющих сигналов, вторые входы которых соединены с первым и вторым соответственно выходами генератора типа кривой, вход которого подключен к пятому входу блока управления, третьи входы первого и второго формирователей управляющих сигналов подключены к третьему и четвертому соответственно входам блока управления, выходы первого и второго формирователей управляющих сигналов подключены к первому и второму соответственно выходам блока управления.