Удвоитель частоты Советский патент 1984 года по МПК H02M5/16 

Изобретение относится к преобразователям частоты, в частности к умножителям трансформаторного типа, и предназначено преимущественно д.пя питания высокоскоростных электроприво дов деревообрабатывающей промышленности, безредукторных центрифуг, для нагрева больших металлических заготовокИзвестно устройство, включающее управляемые вентили, выходной трансформатор и промежуточные источники питания, имеющие обшую точку Cl Недостатками известного устройства являются плохие массогабаритные и технико-экономические показатели,, обусловленные тем, что масса и габариты промежуточных источников питания могут превышать массу и габариты вен тильного блока и выходного трансформатора, работающего на удвоенной час I . Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является уст ройство, включающее трансформатор,на стержнях которого расположены первич ные и вторичная обмотки, тиристоры и фазосдвигаюЕций блок, причем на каж;дом стержне расположены четыре первичные обмотки, объединенные в две пары,каж дая из которых замкнута на пару согласно включенных тиристоров, причем общие точки соединения тиристоров первой и второй пар и обмоток второй пары подключены к фазным зажимам, а общая точка соединения обмоток первой пары подключена к нулевому входному 3 ажиму С 2 3, Технико-экономические показатели указанного устройства ограничены большой материалоемкостью и сложностью технологии изготовления трансфсэр маторного элемента, что повьшает общую стоимость устройства,, Цель изобретения - улучшение технико-экономических показателей снижения стоимости и улучшения техно логии изготовления. Поставленная цель достигается тем что удвоитель частоты,содержащий две основные цепочки из последовательно соединенных управляемых вентилей, точки соединения которых образуют дв силовых входных вывода, трансформато с первичной и вторичной обмотками, причем последняя образует выход удво ителя частоты, а также блок, управления вентилями, снабжен дополнительн двумя вспомогательными цепочками из последовательно соединенньгх управляемых вентилей, точки соединения которых образ тот два других силовых входных вывода, причем основные и вспомогательные цепочки соединены между собой попарно-параллельно, образуя два моста, один из выходных выводов первого моста соединен с противоположным по полярности выходным выводом второго моста и одним концом первичной обмотки трансформатора, а другие выходные выводы первого и второго мостов подключены к введенному в упомянутую первичную обмотку отводу и другому ее концу соответственно. На фиг.1 изображена принципиальная схема удвоителя частоты; на фиг.2 блок-схема системы управления вентилями-, на фиг.З d - временные диаграммы входньсх напряжений и токов, протекающих через вентили; 6 - законы управления вентилями, 8 - временная диаграмма напряжения на выходе удвоителя частоты. Удвоитель частоты (фиг,1) состоит из управляемого фазного моста, включающего вентили 1-4, управляемого линейного моста, включающего вентили 5-8 трансформатора 9 с первичной обмоткой 10, имеющей вывод 11, и вторичной обмоткой 12, и блока 13 управления вентилями. Анод вентиля 1 соединен с катодом вентиля 3 и с фазным выводом А, анод вентиля 3 соединен с катодом вентиля 4 и с нулевььм выводом питания О, анод вентиля 5 соединен с катодом вентиля 7 и с фазным выводом питания БЭ анод вентиля 6 соединен с катодом вентиля Вис фазным вьшодом питания С. Аноды вентилей 3 и 4 объединены с катодами вентилей 7 и 8 и присоединены к началу обмотки 10, катоды вентилей 1 и 2 объединены и присоединень к выводу 11 первичной обмотки, аноды вентилей 5 и 6 объединены и присоединены к концу обмотки 10. Управляюище выводы всех вентилей соединены с блокоэ 13 управления. Система управления вентилями (блок 13 управления) состоит из входного устройства 14 (фиг.2), общего для всех каналов управления, и четырех каналов управления вентилями, каждый из которьп содержит фазосдвигающее устройство 15-18 соответственно, усилитель-формирователь импульсов 19-22 соответственно и выходное устройство 23-26 соответственно. Каждый канал -управления синхронизируется по соответствующему напряжению питания, канал управления вентилями 1 и 4 - по напряжению U. , канал управления вентилями 7 и 6 - по напряжению Ugj-, канал управления вентилями 2 и 3 - по напряжению УОД , канал управления вентилями 8 и 5 - по напряжению U°g. Во входном устройстве 14 формирует ся система синхронизирующих напряжений, которые распределяются по соответствующим каналам управления. Входным устройством может служить, например, трансформатор. Каждое из фазосдвигающих устройств предназначено для задержки момента формирования импульса управления относительно соответствующих напряжений питания на требуемую величину времени. Каждый из усилителей формирователей импульсов 19-22 предназначен для усиления и предварительного формирования импульса управления Каждое из выходных устройств 23-26 окончательно формирует импульс управ ления и обеспечивает получение на вы ходе двух синхронных импульсов для одновременного управления двумя вентилями. Входным устройством может быть, например, импульсный быстронасыщающийся трансформатор с двумя вто ричными обмотками. Блок-схема (фиг.2) соответствует многоканальному способу управления. Принципиально в качестве системы управления может использоваться любо известное устройство для управления выпрямителями, обеспечивающее достаточную глубину регулирования. Удвоитель частоты (фиг.1) работает следующим образом. В соответствии с общим алгоритмом управления (фиг.35) вентили включают ся попарно через интервал времени, равный .четверти периода входного напряжения, в следующей последовательности: 1 и 4,7 и 6,2 и 3, 8 и 5, далее цикл повторяется. В соответствии с принципиальной схемой (фиг.1) при включении вентилей 1-4 всегда формируется положительный полупериод выходного напряжения, а при включении вентилей 5-8 - отрицательный, выходкое напряжение имеет вид,представленный на фиг.за, для наиболее общего случая активно индуктивной нагрузки. Коммутация вентилей, как и в прототи пе - естественная, выключение их происходит при достижении током, протекающим через вентили, значения, меньшего тока удержания. Настройка схемы управления производится при холостом ходе, а если этот режим исключен, при нагрузке с минимально возможным коэффициентом мощности. Число витков в обмотке 10 в Уз раз больше, чем в части ее, заключенной между началом и выводом 11, поэтому в выходной обмотке отрицательные и положительные полупериоды напряжения равны по величине, Удвоитель частоты с трехфазным выходом состоит из трех однотипных однофазных, на входы каждого из которых подаются фазные и линейные напряжения, сдвинутые между собой на 90 эл.град. Выходные обмотки в этом случае могут соединяться в звезду или в треугольник-, в последнем случае из кривых выходного напряжения исключаются гармоники кратные трем и, .поскольку четные гармоники отсутствуют вследствие симметрии фазных напряжений, выходное напряжение будет весьма близким к синусоидальному. Общая технико-экономическая эффективность устройства характеризуется его стоимостью, материалоемкостью, технологичностью изготовления. Предлагаемое техническое рещение имеет большее число управляемых вентилей, чем прототип, однако, вентили рассчитываются на вдвое меньшее обратное напряжение, поэтому стоимость каждого вентиля уменьшается в среднем на 35-40%. Суммарная стоимость вентилей увеличивается не более чем на 20-30%. Известно, что мостовые однофазные выпрямители обладают лучшими технико-экономическими показателями, чем выпрямители со средней точкой, за исключением низковольтных систем. Система управления вентилями практически не изменяется и стоимость ее остается на прежнем уровне. Технологически изготовление полупроводникового блока не .усложняется. Более того, возможно использование функциональных полупроводниковых блоков, например, освоенных промыпшенностью упра вляемых выпрямителей с соответствующими характеристиками. j10 Уменьшение числа первичных обмоток при увеличении сечения проводов позволяет уменьшить общую площадь поперечного сечения обмоток в сравнении с прототипом. С увеличением сечения проводов стоимость их уменьшается. В среднем стоимость обмоточных материалов уменьшается за счет увеличения сечения проводов в четыре раза на 22-25%. Вследствие улучшения заполнения окна магнитопровода эквивалентный диаметр обмоток и длина проводов уменьшаются,при этом масса обмоточных материалов уменьшается в. среднем на 12-15%. Общее уменьшение стоимости обмоточных материалов составляет 30-37%. Уменьшается также требуемая .ширина ярма магнитопровода. Все вместе взятое влечет за собой улучшение массогабаритных показателей. 5 Сокращение числа первичных обмоток значительно упрощает технологию изготовления удвоителя частоты. Стоимость трансформатора в преобразователях мощностью порядка нескольких кВт и вьш1е составляет половину и более от общей стоимости устройств, поэтому использование изобретения позволяет снизить и стоимость устройства. В настоящее время наблюдается устойчивая тенденция к снижению стоимости полупроводниковых приборов и улучшению их качетсва, в то время как дефицитность обмоточгных материалов, в первую очередь меди, сохраняется. В целом предлагаемый удвоитель частоты отличают лучшие технико-экономические показатели, чем у прототипа.

УДВОИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ, содёржапщй две основные цепочки из последовательно соединенных управляемых вентилей, точки соединения которых образуют два силовых входных вывода,трансформатор с первичной и вторичной обмотками, причем последняя образует выход удвоителя частоты, а также блок управления вентилями, отличающийся тем, что, с целью улучшения техникоэкономических показателей путем снижения стоимости и улучшения технологичности изготовления, он снабжен двумя вспомогательными цепочками из последовательно соединенных управляемых вентилей, точки соединения котэрых образуют два других силовых входных вывода, причем основные и вспомогательные цепочки соединены между собой попарно-параллельно, образуя два моста, один из выходных выводов первого моста соединен с противоположным по полярности выходным выводом второго моста и одним концом первичной об- ( i мотки трансформатора, а другие выход(Л ные выводы первого и второго мостов подключены к введенному в упомянутую с первичную обмотку отводу и другому ее концу соответственно. о 00 со со сл

7,&

глр. f