Трехфазный умножитель частоты с непосредственной связью Советский патент 1984 года по МПК H02M5/16 

Изобретение относится к преобразователям частоты, в частности к умножителям с непосредственной связью, и предназначено преимущественно для питания электроприводов ручного инструмента, стригальных машинок, рассчитанных на частоту 200 Гц. Кроме того, оно может найти применение для питания электродвигателей деревообрабатывающих станков, безредукторных центрифуг и других потребителей тока частотой 100 и 200 Гц. Известны умножители частоты ферро магнитного типа, содержащие ферромаг нитный элементы с цепями вынужденног подмагничивания l } и 2. Недостатками этих устройств являются плохие массогабаритные показате ли, сложность конструкции и ограниченный диапазон выходных частот, что обусловлено большим числом ферромагнитных элементов, имеющих значительную индуктивность, что обуславливает принципиальную неработоспособность этих устройств без применения емкост ной компенсации, усложняющей констру цию и ограничивающий зону устойчивой работы. Известны также умножители трансфо маторного типа, содержащие трансформаторные элементы в сочетании с тири торами 5. Недостатком этих умножителей является сложность конструкции, а также то, что диапазон выходных частот ограничивается одним определенным значением. Это обусловлено тем, что на выходе этих устройств имеются трансформаторы. Для получения других частот необходимо изменение конструк ции . Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является трехфазный удвоитель частоты, который содержит трехфазный трансформатор, к каждой из вторичных обмоток которого подключен однофазный управляемый выпрямитель, причем выводы всех выпрямителей соединены согласно в замкнутый треугольник, к вершинам которого, образующим выводные зажимы, присоединяется трехфазная нагруз ка. При этом управляемые вентили включаются попарно со сдвигом.по частоте питающих напряжений. Устройство имеет наиболее высокие техникоэкономические показатели, поскольку умножение частоты осуществляется непосредственно на нагрузке 16. Недостатком известного устройства, является ограниченность диапазона выходных частот, что сужает область его использования. Целью изобретения является расширение диапазона выходных частот. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, которое содержит трехфазный трансформатор и управляемые мостовые вьшрямители, по одному входу которых присоединено к выводам основных вторичных обмоток, а выходы соединены согласно в замкнутый треугольник, вершины которого образу)от выходные зажимы, основные вторичные обмотки трансформатора соединены в звезду, а введенный дополнительный трехфазный комплект вторичных обмоток соединен с введенным в основные обмотки отводами по схеме зигзаг, причем к выводам последнего, на которых образуется дополнительная система напряжений, сдвинутая по фазе по отношению к основной на угол Ji/2, присоединены вторые входы выпрямителей, которые выполнены трехфазными, а образованные в результате этого третьи их входы объединены и подключены к нулевой точке упомянутой звезды обмоток. На фиг. 1 изображена принципиальная схема трехфазного умножителя частоты с непосредственной связью и векторная диаграмма вторичных напряжений трансформатора; на фиг. 2а - общая блок-схема системы управления одним выпрямителем; на фиг. 26 - блок-схема системы управления вентилями; на фиг. За - временные диаграммы напряжений на входе управляемых выпрямителей; на фиг. 36, в, г - временные диаграммы, характеризующие закон управления вентилями; на фиг. 4а, б, в напряжения на выходе каждого из выпрямителей; на фиг. 4г, д, е - выходные напряжения трехфазного умножителя частоты с непосредственной связью для каждой из фаз нагрузки. Трехфазный умножитель частоты с непосредственной связью (фиг. 1) включает три управляемых выпрямителя 1-3, состоящие из вентилей 4-9, 10-15 и 16-21 соответственно, соединенных каждый по комбинированной схеме, причем выходы всех выпрямителей соединены согласно в замкнутый треугольник, вершины которого А, В, С образуют выходные зажимы для подключения трехфазной нагрузки Za, Za, Z соответстЯ В С например, двигателя, трехфазвенно, ный трансформатор 22, имеющий основные обмотки 23, 26, 29, соединенные в звезду, к выводам которой А, С , образующим основнзпо систему напряжений, присоединены общие точки соединения вентилей 4 и 5, 10 и 11, 16 и 17 соответственно, и соединенные между собой согласно по схеме зигзаг вспомогательные вторичные обмотки 24 и 31, 27 и 25, 30 и 28 соот ветственно, причем выводы зигзага А в, С, образующие дополнительную си стему напряжений, сдвинутую по отношению к основной на 90 эл.град., при соединены к общим точкам соединения вентилей 6и7, 12и13, 18и19 соответственно, а общие точки соединения вентилей 8 и 9, 14 и 15, 20 и 21 объединены и присоединены к нулевой точке звезды. Система управления вентилями (фиг. 2а) содержит входное устройство 32, общее для всех каналов управления и шести блоков 33-38 управления мостовыми однофазными выпрямителями, причем каждый из них синхронизируется по соответствующему ему входному напряжению. Системы управления выпрямителями 1-3 абсолютно идентичны и состоят каждая из четырех каналов управления. Каждый канал управления включает фазосдвигающее устройство 39, усилитель-формировате 40 импульса, выходное устройство 41. На каждый канал управления подается соответствующее синхронизирующее напряжение от входного устройства 32 Для выпрямителя 1, например, канал управления вентилями 4 и 9 синхронизируется по напряжению Цд , канал управления вентилями 5 и 8 - по напряжению , , канал управления вентилями 6 и 9 - по напряжению , канал управления вентилями 7 и 8 - п напряжению . Во входном устройстве 32 формируется система синхронизирующих напряжений, которые распределяются по соответствующим каналам управления. Входное устройство может быть выполнено, например, в виде многообмоточного трехфазного или группового тран форматора, Фазосдвигающее устройство 39 обес печивает необходимый сдвиг во времени управляющего импульса относительно напряжения питания. Усилитель-формирователь 40 импуль са служит для усиления и предварительного формирования импульса управления. Выходное устройство 41 окончательно формирует импульс управления и обеспечивает получение на вьтходе двух синхронных импульсов. Оно может быть выполнено, например, в виде быстронасыщающегося трансформатора с двумя вторичными обмотками. Построение системы управления вентилями по блок-схеме (фиг. 26) позволяет реализовать многоканальный способ управления выпрямителями. Принцип действия трехфазного умножителя частоты с непосредственной связью заключен в следующем. Вьшрямители 1-3 включаются поочередно (фиг. За) в соответствии с общим алгоритмом управления (фиг. Зб, в, г) через четверть периода входного напряжения, причем нагрузкой каждого из выпрямителей 1-3 всегда является одна сумма плечей нагрузки Z с С в 6 Д соответственно (фиг. 4а, б, в). Таким образом, выпрямитель 1 всегда формирует положительную полуволну напряжения на плече нагрузки Ъf и отрицательную - на плече нагрузки Zj, в соответствии с направлением, указанным на фиг. 1. Выпрямитель 2 всегда формирует положительную полуволну напряжения на плече нагрузки Z(4 и отрицательную - на плече нагрузки Zg в соответствии с направлением, указанным на фиг. 1. Выпрямитель 3 всегда формирует положительную полуволну напряжения на плече нагрузки Zg и отрицательную - на плече нагрузки Z в соответствии с направлением, указанным на фиг. 1. Последовательность включения пар вентилей при этом следующая (фиг. Зб, в, г): 4 и 9, 14 и 13, 20 и 17, 6 и 9, 10 и 15, 20 и 19, В и 5, 12 и 15, 16 и 21, 8 и 7, 14 и 11, 18 и 21. Таким образом непосредственно на нагрузке формируется напряжение учетверенной частоты, показанное на фигЛг, д, е для случая активно-индуктивной нагрузки. Практически для всех двигателей коэффициент мощности при работе измеряется в пределах 0,2-0,9. В этом случае при увеличении угла управления вентилями . 0 , отсчитываемого от начала перехода через нуль соответствующего напряжения питания, угол выключения вентилей, неуправляемых по выключению (практически весьма и весьма близкий к моменту уменьшения тока до нуля) мало изменяется при изменении характера нагрузки. Так, при ii 160 и изменении cos Ч в указанных пределах угол выключения изменяется от 192 до 196 поэтому в трехфазном умножителе частоты с непосредственной связью используется естественная коммутация вентилей, что упрощает как силовую часть, так и систему управления.

Трехфазный умножитель частоты с непосредственной связью может выполняться на основе функциональных блоков. За основу могут быть приняты стандартные выпрямители и системы управления ими, позволяющие осуществить регулирование достаточной глубины, и трехфазный трансформатор. Вспомогательные вторичные обмотки 24, 25, 27, 28, 30 и 31 добавляются без перемотки основных вторичных обмоток трансформатора. Отношение числа витков в основных вторичных обмотках 23,

26,29 к числу витков в обмотках 25,

27,29 и к числу витков в обмотках 25, 28, 31 равно 1,0:0,16:0,58 соответственно (фиг. 1). Обмотки вспомогательного комплекта рассчитываются на токи вдвое меньшие, чем основные.

Помимо основного назначения устройство может использоваться в качестве трехфазного удвоителя частоты. Это следует из того, что при отсоединении дополнительной системы напряжений от входов выпрямителей схема устройства будет соответствовать схеме известного устройства.

Кроме того, в случае необходимости каждый из выпрямителей может использоваться по своему прямому назначению для получения постоянного напряжения .

Устройство можно также использовать в качестве многофазного комбинированного выпрямителя.

Таким образом,изобретение позволяе расширить.диапазон выходных частот, а также получить дополнительные эффекты. Это особенно важно в том случае, когда основные потребители являются сезонными, например стригальные машИнки, так как многоцелевое использование позволяет значительно повысить эффективность оборудования.

3xSOri4

«vy

ТРЕХФАЗНЫЙ УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ С НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ СВЯЗЬЮ, включакиций трехфазный тр.ансформатор и управляемые мостовые выпрямители, пи одному входу которых присоединено к выводам основных вторичных обмоток, а выходы всех выпрямителей соединены согласно в замкнутый треугольник, вершины которого образуют выходные зажимы, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения путем расширения диапазона выходных частот, основные вторичные обмотки трансформатора соединены в звезду, а введенный дополнительный трехфазный комплект вторичных обмоток соединен с введенными в основные обмотки отводами по схеме зигзаг, § причем к выводам последнего, на которых образуется дополнительная система (Л напряжений, сдвинутая по фазе по отношению к основной на угол Л/2, присоединены вторые входы вьшрямителей, которые вьтолнены трехфазными, а образованные в результате этого третьи их входы объединены и подключены к нулевой точке упомянутой звезды обмоток. 4 О) ю 4i

r«r 27 2S 4 /1/0/7 9

:да

2

..

//

73

2027

4 b-r-7 cH

Фиг.1 22 OJ6 0,S8

5)

От32

Фиг. 2

Вь/n.f

;

вьт. 2

f)

Выл.З

S) АX у у I/

Z/

К .X .Л

к А

А | 1/

F V

А ./

1 I -

I/

г, , А X . ртм/м/ т(Цу1 к j 1/ - у 1/