ТРЕХФАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ Российский патент 2012 года по МПК H02M5/297 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, например, в инверторах частоты для управления трехфазными двигателями.

Известен трехфазный усилитель, содержащий три однофазных усилителя, питаемых от сети постоянного напряжения и управляемых от трехфазного источника сигналов, блоки формирования максимального, минимального, среднего между ними значений входных сигналов и три сумматора (Афанасьев А.Ю., Кривошеев С.В., Фрейман Э.В., Порубилкин Е.А. Трехфазный усилитель. Патент РФ №2101849С1, кл. H03F 3/217, Н02Р 6/14, 1998) - [1].

Недостатком данного линейного усилителя являются большие потери мощности в усилителе.

Известен преобразователь частоты с трехфазным инвертором и широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), содержащий источник задающих сигналов, первую и вторую группы по три сумматора, первый-третий усилители, формирователь сигнала коррекции, формирователь линейно изменяющегося сигнала, первый-третий компараторы, первый-третий инверторы, драйвер, блок силовых ключей, питаемых от сети постоянного напряжения, блок трехфазной нагрузки, блок датчиков напряжений (см. Keliang Zhou and Dan-wei Wang. Relationship Between Space-Vector Modulation and Three-Phase Carrier-Based PWM: A Comprehensive Analysis. IEEE transactions on industrial electronics, vol.49, NO.1, February 2002, page 186-196) - [2].

Недостатком данного линейного усилителя являются большие потери мощности в усилителе.

Наиболее близким к заявляемому объекту по технической сущности и достигаемому результату является трехфазный преобразователь частоты, содержащий источник задающих сигналов u_a, u_b, u_c, первую группу из трех сумматоров, вторую группу из трех сумматоров, первый-третий усилители, формирователь сигнала коррекции u_к, формирователь линейно изменяющегося сигнала, первый-третий компараторы, первый-третий инверторы, драйвер, блок силовых ключей, питаемых от сети постоянного напряжения, блок трехфазной нагрузки и блок датчиков напряжений, причем первый-третий выходы источника задающих сигналов подключены к первым входам первой группы сумматоров и к первому-третьему входам формирователя сигнала коррекции соответственно, вторые входы первого-третьего компараторов соединены с выходом формирователя линейно изменяющего сигнала, а их выходы соединены с первым-третьим входами драйвера и с входами первого-третьего инверторов соответственно, выходы которых соединены с четвертым-шестым входами драйвера соответственно, первый-двенадцатый выходы которого соединены с первым-двенадцатым входами блока силовых ключей соответственно, выходы которого соединены с зажимами блока трехфазной нагрузки и с входами блока датчиков напряжений, формирователь сигнала коррекции выполнен с возможностью реализации функции

с ограничением величин u_a+u_к, u_b+u_к, u_c+u_к в пределах линейно изменяющегося сигнала, причем вторые входы первой группы сумматоров соединены с выходами блока датчиков напряжений, а их выходы соединены со входами первого-третьего усилителей, выходы которых соединены со вторыми входами второй группы сумматоров, первые входы которых соединены с выходами источника задающих сигналов, а их третьи входы соединены с выходом формирователя сигнала коррекции, выходы второй группы сумматоров соединены с первыми входами первого-третьего компараторов соответственно (Афанасьев А.Ю., Собх М.И. Трехфазный преобразователь частоты. Заявка 2009125212/09 (034863) от 01.07.2009 с решением о выдаче патента на изобретение от 09 марта 2010 г.) - [3].

В прототипе достигается минимум мощности потерь в системе "трехфазный преобразователь частоты - нагрузка" от ШИМ при сохранении максимальной линейной зоны выходного напряжения с возможностью компенсации изменения параметров нагрузки.

Недостатком данного преобразователя являются сложная схема и большое число элементов.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в упрощении схемы и сокращении числа элементов с сохранением минимума мощности потерь в нагрузке.

Технический результат достигается тем, что в трехфазном преобразователе частоты, содержащем источник задающих сигналов, формирователь сигнала коррекции, формирователь линейно изменяющегося сигнала, первый-третий компараторы, первый-третий инверторы, драйвер, блок силовых ключей, питаемых от сети постоянного напряжения, блок трехфазной нагрузки, причем выходы источника задающих сигналов подключены к первому-третьему входам формирователя сигнала коррекции, выходы первого-третьего компараторов соединены с первым-третьим входами драйвера и с входами первого-третьего инверторов соответственно, выходы которых соединены с четвертым-шестым входами драйвера соответственно, первый-шестой выходы которого соединены с первым-шестым входами блока силовых ключей соответственно, выходы которого соединены с зажимами блока трехфазной нагрузки соответственно, причем формирователь сигнала коррекции выполнен с возможностью реализации функции

с ограничением величин u_a-u_к, u_b-u_к, u_c-u_к в пределах линейно изменяющегося сигнала, введен сумматор, первый вход которого соединен с выходом формирователя сигнала коррекции, второй вход соединен с выходом формирователя линейно изменяющегося сигнала, а выход сумматора соединен со вторыми входами первого-третьего компараторов, первые входы которых соединены с первым-третьим выходами источника задающих сигналов соответственно.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1 - фиг.2, где:

фиг.1 - функциональная схема трехфазного преобразователя частоты;

фиг.2 - графики сигналов преобразователя.

Здесь: 1 - источник задающих сигналов; 2 - формирователь сигнала коррекции; 3 - формирователь линейно изменяющегося сигнала; 4 - сумматор; 5-7 - первый-третий компараторы; 8-10 - первый-третий инверторы; 11 - драйвер; 12 - блок силовых ключей; 13 - блок трехфазной нагрузки.

Выходы источника 1 задающих сигналов подключены к первому-третьему входам формирователя 2 сигнала коррекции и к первым входам первого-третьего компараторов 5-7, выходы которых соединены с первым-третьим входами драйвера 11 и с входами первого-третьего инверторов 8-10 соответственно, выходы которых соединены с четвертым-шестым входами драйвера 11 соответственно, выходы которого соединены с входами блока силовых ключей 12, выходы которого соединены с зажимами блока трехфазной нагрузки 13, первый вход сумматора 4 соединен с выходом формирователя сигнала коррекции 2, второй вход соединен с выходом формирователя 3 линейно изменяющегося сигнала, а выход сумматора соединен со вторыми входами первого-третьего компараторов 5-7.

Трехфазный преобразователь частоты работает следующим образом. На выходе блока задающих сигналов формируются три сигнала u_a, u_b, u_c. Эти сигналы поступают на первый-третий входы формирователя 2 сигнала коррекции, который вырабатывает сигнал коррекции

с ограничением величин u_a-u_к, u_b-u_к, u_c-u_к в пределах линейно изменяющегося сигнала для минимизации мощности потерь в нагрузке.

Сигнал коррекции добавляется к линейно изменяющемуся сигналу u_л, имеющему частоту ШИМ, сумматором 4, результирующий сигнал сравнивается компараторами 5-7 с сигналами u_a, u_b, u_c соответственно. Их выходные сигналы с широтно-импульсной модуляцией инвертируются инверторами 8-10. Сигналы компараторов и инверторов подаются на драйвер 11, который вырабатывает сигналы для управления шестью силовыми ключами блока 12, питаемыми от сети постоянного напряжения U₀.

На выходах блока 12 силовых ключей формируются импульсы напряжений, средние значения которых равны требуемым напряжениям на фазах нагрузки с добавлением требуемого потенциала ее нейтрали.

На фиг.2 показаны графики сигналов преобразователя: задающие сигналы u_a, u_b, u_c, сигнал коррекции u_к и суммарный сигнал на выходе сумматора 4 при исходных данных:

частота выходного напряжения f_и=50 Гц, U_m=1 В, U_лm=1 В, частота линейно изменяющегося сигнала f=5 кГц.

Здесь сигнал коррекции определяется по формуле

Видно, что при возрастании среднего значения диапазона между наименьшим и наибольшим значениями сигнал коррекции возрастает, а при убывании среднего значения убывает. Соответственно изменяются нижняя и верхняя границы изменения скорректированного линейно изменяющегося сигнала.

Таким образом, благодаря введению сумматора, прямому соединению выходов источника задающих сигналов с первыми входами компараторов и сложению линейно изменяющегося сигнала с сигналом коррекции преобразователь частоты сохранил способность работы с высокими энергетическими показателями с упрощением его схемы и сокращением девяти элементов.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, например, в инверторах частоты для управления трехфазными двигателями. Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в упрощении схемы и сокращении числа элементов с сохранением минимума мощности потерь в нагрузке. Схема трехфазного преобразователя частоты содержит источник задающих сигналов (1), формирователь сигнала коррекции (2), формирователь линейно изменяющегося сигнала (3), сумматор (4), первый-третий компараторы (5-7), первый-третий инверторы (8-10), драйвер (11), блок силовых ключей (12), блок трехфазной нагрузки (13). Благодаря введению сумматора, прямому соединению выходов источника задающих сигналов с первыми входами компараторов и сложению линейно изменяющегося сигнала с сигналом коррекции преобразователь частоты сохранил способность работы с высокими энергетическими показателями с упрощением его схемы и сокращением девяти элементов. 2 ил.

Трехфазный преобразователь частоты, содержащий источник задающих сигналов, формирователь сигнала коррекции, формирователь линейно изменяющегося сигнала, первый-третий компараторы, первый-третий инверторы, драйвер, блок силовых ключей, питаемых от сети постоянного напряжения, и блок трехфазной нагрузки, причем выходы источника задающих сигналов подключены к первому-третьему входам формирователя сигнала коррекции, выходы первого-третьего компараторов соединены с первым-третьим входами драйвера и с входами первого-третьего инверторов соответственно, выходы которых соединены с четвертым-шестым входами драйвера соответственно, выходы которого соединены с входами блока силовых ключей, выходы которого соединены с зажимами блока трехфазной нагрузки, причем формирователь сигнала коррекции выполнен с возможностью реализации функции с ограничением величин u_a-u_к, u_b-u_к, u_c-u_к в пределах линейно изменяющегося сигнала, отличающийся тем, что введен сумматор, первый вход которого соединен с выходом формирователя сигнала коррекции, второй вход соединен с выходом формирователя линейно изменяющегося сигнала, а выход сумматора соединен со вторыми входами первого-третьего компараторов, первые входы которых соединены с первым-третьим выходами источника задающих сигналов соответственно.