Трансформаторно-полупроводниковый @ -фазно- @ -фазный преобразователь частоты с квазиоднополосной модуляцией Советский патент 1984 года по МПК H02M5/27 

1

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано в частотно-управляемых; электроприводах, а также в качестве вторичного источника электропитания, обеспечивающего заданное преобразование параметров элеК- троэнергии (фазности, уровня напряжения, частоты).

Известны трансформаторно-полупроводниковые преобразователи частоты (ПЧ) с квазиоднополосйой Моду- ляцией, которые хзрактеризуются увеличенным чкслоь вторичных rti -фазных обмоток трансформатора и йаЯичием многоцепевых перекйючйтелей в виде гп -фазных диодных мостов с управляемыми ключами, вклнэченнЫми между выводами постоянного тока СИ и L21.

Обидим Недостатком таких ПЧ Является повьЕиенная Масса из-за трансформатора, работающего на частоте сети.

Наиболее близким к предлагаемому является vri -фазно-п- фазный ПЧ, содержапций m -фазный трансформатор с одним первичным и двумя вторичными комплектами fn -фазных обмоток, два гп -цепевых переключателя в виДе п -фазных диодных Мостов С управляемыми ключами. Включенными между их выводами посФоянного токи, а такз1 ё т- и полностью управляемы ключей с двухсторбнней п|:6водимосты причем одни разноименные по полярности концы т -фазных обйоток первого и второго вричных комплектов подключены к входам соответственно первого и второго диодных мостбв а другие концы обмоток этих комплектов объединены междУ собой Пофазно и точками объединения упомйнутые ключи с двухсторонней проводимостью подключены к И -выходным выводам преобразователя, а также блок управления из последовательно связанных между собой задающего генератора (ЗГ) и уп -канального распределителя импульсов (РИ), причем выходы ЗГ должны .быть связан с управляюац1ми входами im -цепевых переключателей, а выходы РИ - с управляющими входами соответствующи ключей с двухсторонней проводимостью С31.

Недостатком этого преобразователя также является повышенная масса

9951

из-за работы его трансформатора на сетевой частоте, что особенно заметно проявляется при питании ПЧ от сети промьшшенной частоты (50 Гц). , Цель изобретения - улучшение

массогабаритных показателей ПЧ и упрощение при числе выходных фаз и « 3.

Поставленная цель достигается тем, что трансформаторно-полупроводниковый m -фазно-п-фазный преобразователь частоты с квазиоднополосной модуляцией, содержащий ,YI -фазный трансформатор с первым первичным и одним вторичным комплектами rrt-фазных обмоток, а также два w -цепевых управляемых переключателя и блок управления из последовательно связанных меящу собой задающего генератора и распределителя импульсов, причем одни концы обмоток указанного перви1|ного комплекта образуют входные силовые выводы преобразователя Для подключения их к m -фай ной сети, одни концы обмоток вторичного комплекта через управляемые ключи с двухсторонней проводимостью подсоединейы к выходным выводам rtpeобразователя, выходы задающего генеоатора связаны с управляющими входа Ji управляемых переключат ел ей j а выходы распределителя - с управляющими входами соответствующих ключей с двухсторонней проводимостью,снабжен вторым первичным комплектом

,1Г -фазных обмоток, аналогичным первому по числу витков, которые одними противоположными по полярности концами пофазно соединены с одними концами обмоток первого первичного

комплекта, другие концы первого и второго первичных комплектов подключены к входам соответственно первого и второго f -фазйых вентильных мостов, а другие концы tn-фазной

обмотки вторичного комплекта объединены в нулевую точку.

В другой модификации ПЧ один из его выходных выводов образован упомянутой нулевой точкой.

Это позволяет упростить преобразователь путем уменьшения в нем (нагл) числа ключей с двухсторонней проводимостью.

На фиг.1 представлен пример прИнципиальной схемы предлагаемого преобразователя (для случая, когда гг п 3); на фиг.2 - упрощенный вариант схемы ПЧ, на фиг.З - временные AHarpa-rvbi, поясняющие принцип работы преобразователей по фиг.1 и фиг.2 длярежима преобразования, когда частота выходного напряжения . мень ше частоты питающей сети fy, ; на фиг.4 - два других возможных режима когда частота выходного напряжения f2. когда частота i.2 больше частоты сети ссГ) . Преобразователь (фиг,1) содержит 3-фазный трансформатор 1 с двумя первичными 2 и 3 и одним вторичным 4 комплектами 3-фазных обмоток, два 3-це11СВс Х ynpaBjiHeMM:: дер-еклю-чателя 5 и 6, вьтолненных,например, в виде 3-фазных вентильных мостов 7 и 8 с управляемыми ключами 9 и 10,включенными между Кх выводами постоянного тока, полностью упра ляемые ключи 11-19 с двухсторонней проводимое т ь)о, через которые соединены одни концы обмоток вторичного комплекта 4 с выходными выводами ГГЧ я„ а, о,с., а также блок управления 2 включаюш;ии последовательно связанные медду собой ЗГ 21 и РИ 22. Вход ные силовые выводы Д , S , о, преобразователя образованы точками соеди нения разноименных- по полярности ко цов обмоток первичных комплектов 2 и 3, принадле каи1их одноименным фаза Принцип работы преобразователя (фиг.1) иллюстрируется временными диаграммами на фиг.З. Согласно фиг.З обозначено: Уд, Ua, Uc. фазные напряжения сети, Ui Ug 5 DC сдвинутые на угол IJ относительно векторов U , Uj,, Uc напряжения, Уд , и,, U - напряжения на фазных обмотках вторичного комплекта А, Ug-, Ug- алгоритмы переключения) З-цепевых пс{)еключателей 5 и 6, UQ , Ua, С- выходные напряжения преобразователя, U. алгоритмы переключения ключей 11-19 Основная идея, отличающая структурную организацию предложенного ПЧ от известного, состоит в использова нии В нем промежуточного высокочастотного (ПВЧ) преобразования. Введе ние ПВЧ позволяет уменьшить массу всего устройства за счет уменьшения массы трансформатора. При этом числ элементов в схеме ПЧ остается при этом тем же. Эффект достигается в данном случае лишь за счет прини;ипиально иной организации схемы. Трехцепевые переключатели 5 и 6 в ПЧ (фиг.1) переключают с частотой 06.4 м частота модуляции. Взаимосвязь между частотой сети и частотой основной гармоники выходного напряжения при алгоритме переключения ключей, реализующем квазиоднополосную модуляцию, следующая: f2 /f.-fMlH - J В ое.з.гтьтате работы переключателей 5 и 6 на фазных обмотках вторичного комплекта 4 наводятся напряжения Оу, Uft , Uc (фиг.З), из которых посредством соответствующего переключения ключей 11-19 (алгоритмы их переключения см. на фиг.З) формируются выходные напряжения 1)о(, U , DC. Гармонический анализ формы кривой напряжения на обмотке трансформатора показывает, что наибольшую ампли наименьшую частоту имеет гармоника с частотой ) Именно по ней можно судить о выигрыше в массе трансформатора. Оценим соотношение частот f fj. и тР в режимах щ еобразования на фиг. 3 и 4., Согласно фиг.З: f.-|f, , , 1тр Согласно фиг.4: а.) -0 Mf, , iVp2f ). , ,,f,.65f. Как видно из примеров, наихудшим (с точки зрения выигрьшга в массе трансформатора) является режим получения инфранизких выходных частот, в частности граничньш режим получения нулевой выходной частоты, который используется в частотно-управляемом синхронном электроприводе.Однако даже в этом случае рабочая частота трансформатора вдвое превышает частоту сети, что однозначно свидетельствует о существенном выигрыше в массе трансформатора. Упрощение ПЧ по схеме на фиг.2а достигается исключением одного комплекта ключей (14-16). Третий фазный вывод - при этом образован нулевой точкой обмоток вторичного комплекта 4.

Идея упрощения основывается на использовании так называемого принципа, открытого треугольника, суть которого состоит в формировании симметричной 3-фазной системы напряжений Uaoi Jfto, Uco (фиг.25) из двух линейных напряжений Оде и U, сдвинутых между.собой на угол Jya В схеме ПЧ на фиг.2а сформировать вектор Ug (без использования дополнительного выходного трансформатора) не удается. Формируемый на выходе ПЧ вектор (Jc6 сдвинут относительно требуемого вектора (Jgt на угол Д. Поэтому использовать упрощенный ПЧ на фиг.2 Л можно лишь в том случае, если нагрузка ПЧ (асин фонный двигатель, например - АД) позволяет изменить полярность вклгчения одной

L-. обмоток (фиг.2сх). Алгоритмы пере.ючения ключей в этой схеме остаются при этом теми же, что и в схеме на фиг. 1.

Таким образом, предложенная структурная организация преобразователя позволяет при том же числе элементов и той же установленной их мощности заметно снизить его массу за счет уменьшения массы трансформатора. При этом имеет место уменьшение расхода активных материалов трансформатора и удешевление его и ПЧ в целом.

Конкретный результирующий выигрыш в массе и стоимости ПЧ определяется конкретным его применением. Например, при питающей сети 50 Гц и выходной частоте порядка 100 Гц и йыше масса ПЧ может быть уменьшена не менее, чем в 2 раза.

1. ТРАНСФОРМАТОРНО-ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ m -ФАЗНО-П-ФАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ С КВАЗИОДНОПОЛОСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ,содержащий fn -фазный трансформатор с первым первичным и одним вторичным комплектами гг -фазных обмоток, а также два m -цепевых управляемых переключателя и блок управления из последовательно связанных между собой задающего генератора и распределителя импульсов, причем одни концы обмоток указанного первичного комплекта образуют входные силовые выводы преобразователя для подключения их к гл -фазной сети, одни концы обмоток вторичного комплекта через управляемые ключи с двухсторонней проводимостью подсоединены к выходным йьшодам преобразователя, выходы задающего генератора связаны с управляющими входа1«1 управляемых переключателей, а выходы - распределителя - с управляющими входами соответствующих ключей с двухсторонней проводимостью, отличающийс я тем, что, с целью улучшения массо-габаритных показателей, он снабжен вторым первичным комплектом гп-фазных обмоток, аналогичньгм первому по числу витков, которые одними противоположньвФ по полярности концами пофазно соединены с одними концами обмоток первого первичного (Л комплекта, другие концы первого и второго первичных комплектов подключе ны к входам соответственно первого и второго m -фазных вентильных мосi тов, а другие концы m -фазной обмотки вторичного комппекта объединены в нулевую точку. 2. Преобразователь по п.1, о тли1}ающийся тем, что, с сд целью упрощения при числе выходных со со ел фаз П 3, один из его выход1нь1х выводов образован упомянутой нулевой точкой.

jj i-ii

W I/i Us

UAlUi

m т 13 t/. им,ц, VK,UaUa и,„11ю,Ш m у kигЗ

А

М

НА

т

XSWvl-A

«.ж ..к J «jp 1.-

т-

-п

w

Щ

{НА)

t/A

(риг4