Преобразователь частоты с квазиоднополосной модуляцией Советский патент 1985 года по МПК H02M5/27 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть ис пользовано , например, в автономных системах электроснабжения для преоб разования многбфазного напряжения одной (стабильной или изменяющейся) частоты в однофазное регулируемое или стабилизированное по величине напряжение другой (регулируемой или стабилизированной) частоты, осо бенно в jex случаях, когда требуетс повьппенное качество выходного напря жения при ограничениях на массогабаритные показатели системы. Известны преобразователи частоты с квазиоднополосной модуляцией, содержащие га модуляторов, силовые входы которых подключены к фазам т-фазного генератора одной несущей частоты, а управляняцие входы подсоединены к соответствующимфазам т-фазного генератора модулирующей частоты непосредственно и через фазосдвигающие устройства. Выходы модуляторов соединены между собой последовательно через развязывающие трансформаторы или непосредственно Cl J. Наиболее близким по технической сущности к Предлагаемому является преобразователь, содержащий т-фазный генератор сигналов модулирующей частоты, выходы которого соединены с управляющими входами m соответствующих модуляторов непосредственно и через фазосдвигающие устройства, причем силовые входы модуляторов подключены к соответствующим фазам т-фазного генератора напряжений, несущей частоты, а выходы модуляторов соединены последовательно 2. Известные преобразователи имеют недостаточно высокий КПД, особенно при сильноточном выходе. Цель изобретения - улучшение энергетических показателей преобразователя частоты. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе частоты с квазиоднополосной модуляцией, содержащем т-фазный генератор сигналов модулирующей частоты, выходы которого соединены с управляю щими входами m соответствующих модуляторов непосредственно и через фазосдвигающие устройства, причем силовые входы модуляторов подключи ны к соответствующим фазам т-фазного генератора напряжений несущей частоты, выходы модуляторов соединены параллельно, причем m одноименных выходных вьтодов модуляторов объединены между собой через обмотки введенного т-фазного реактора, выполненного на общем магнитопроводе. На фиг. 1 представлена блок-схема преобразователя частоты с трехфазным входом и однофазным выходом на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие формирование выходного напряжения; на фиг. 3 - диаграммы, поясняющие работу выходного высокочастотного суммирующего автотрансформатора; на фиг. 4 - принципиальная схема силовой части преобразователя. Рассмотрим один из вариантов преобразователя для случая, когда m - 3. Преобразователь содержит трехфазный генератор 1 сигналов, модулир5пощей частоты f , собранный, например, по схеме пересчетного кольца с задающим генератором, фазосдвигающие устройства 2-4, мод ляторы 5-7, выполненные, например, по схеме однофазного мостувого инвертора на полностью управляемых ключах с двухсторонней проводимостью, например в виде двухполупериодных однофазных мостов с транзисторами по диагонали постоянного тока, и выходной ш-фазный реактор 8 для практической реализации параллельного . соединения выходов модуляторов, выполняющий одновременно и функцию выходного фильтра. На выходах генератора 1 получают прямоугольные двухполярные импульсы частоты f2, имеющие взаимный фазовьй сдвиг 21Г/3. Сигналы с выходов А, В и С генератора 1 являются управляющими для модуляторов 5 7 и поступают на их основньш управляннциё входы и дополнительные через фазосдвигающие устройства 2-4, реализующие фазовый сдвиг на регулируемый угол oi . Управляющие воздейст ВИЯ на модуляторы, таким образом, имеют вид прямоугольных двухполярных импульсов с паузой регулируемой длительности 4ii вида О и (фиг. 2), частоты fj с взаимным фазовым сдвигом 23Г/3 и формируются как суммы сигналов без пауз, поступающих с выходов А, В и С генератора 1 непосредственно и через фазосдвигающие устройства 2-4. На силовые входы модуляторов 5-7 поступают фазные напряжения (9-11) синусоидальной формы частоты f основной трехфазной системы вида 2 ,9 и е (фиг. 2) , являющиеся входным напряжением преобразователя. На выходе модуляторов 5-7 получают напряжения 12 - 14 (фиг.2г (J и е и фиг. За,б и Ь) с амплитудноимпульсной модуляцией и с частотой первой гармоники. з (f, - f, причем синфазные по первой гармонике . Выходные напряжения модуляторов представляют собой фактически результат перемножения соответствующих фазных напряжений частоты f. (напряжения 9-11) с соответствующими фазными сигналами частоты f (фиг, 2а, S и 6 ) согласно блок-схеме на фиг. 1. Первые гармоники высокочастотных заполнений напряжений 12 14 с частотой f f образуют трех фазную систему (трехфазные системы образуют и другие высокочастотные гармоники, кратные первой высокочастотной, кроме гармоник, кратных трем). Напряжения с выходов модуляторов 5-7 подают на соответствующие обмотки трехфазного реактора 8 (через нагрузку преобразователя) . По перво гармонике напряжений 12-14 реакто 8 работает в режиме короткого замы,кания (его обмотки оказываются вклю .чанными фактически параллельно,что эквивалентно короткому замыканию трехфазного трансформатора), и первая гармоника без искажений попадае на выход преобразователя (вместе с другими синфазными гармониками). По отношению к первым гарм(эникам высокочастотных заполнений обмотки реактора включены по обычной схеме звезда и реактор, задерживая на себе все высокочастотные гармоники, образующие трехфазные системы, не пропускает их на выход преобразователя . На выходе преобразователя формируется напряжение вида Ж (фиг.2 и с уменьшенным коэффициентом гармоник, идентичное по форме суммарному выходному напряжению модуляторов 5 - 7 и отличающееся от последисто лишь уменьшенной в 3 раза амплитудой (при суммировании синфазные гармоники будут иметь -утроенную амплитуду, а гармоники, образующие трехфазные системы, - нулевую). - К обмоткам реактора 8 оказываются приложенными напряжения соответственно вида 2- , и е (фиг. 3) с частотой первой гармоники F f, + f, . Силовая часть рассматриваемого варианта преобразователя частоты включает модуляторы 5 - 7 и выходной высокочастотный реактор 8. Модуляторы 5-7 выполнены по схеме однофазного мостового инвертора на ключах 15 - 26 с двухсторонней проводимостью (фиг. 4). содержащих диодные мосты.с транзисторами в диагоналях постоянного тока. Б)Ixoдныe обмотки источника основной трехфазной, системы синусоидальных напряжений частоты f подключены к диагоналям модуляторов 5 -. 7. При этом на базы транзисторов ключей каждой стойки модуляторов 5 -. 7 подают управляющие сигналы частоты f прямоугольной формы без пауз с относительн| 1м сдвигом оС между стойками каждого модулятора и фазами, соответствующими фазам синусоидальных напряжений частоты f;, . Тем самым реализуют модулирующее вoздeйcтв e сформированной таким образом вспомо-fгательной трехфазной системы напряжений (фиг. 2о,, S и Ь). Вьшоды с диагоналей модуляторов с напряжениями 12 - 14 фиг. 2 (фиг.30,б иЬ) являются выходными и подключены одними вьшодами к выходу преобразователя, а другими к обмоткам реактора 8, соединенным в звезду (фиг.4). Реактор 8 задерживает на себе напряжения формы 2. , и е н фиг. 3 (на обмотке А задерживает напряжение формы i, на обмотке В - формы Q и на обмотке Сформы е) и пропускает на выход преобразователя квазисинусоидальное напряжёние формы ж, (фиг. 2 и 3) с уменьшенным коэффициентом гармоник. Для. формировании т-фазной системь; выходных квазисинусоидальных напряжений необходимо амплитудно-импульсную модуляцию каждого из фазных напряжений синусоидальной формы осу51ществлять каждым из фазных напряжений прямоугольной формы и промодулированные таким образом импульсы каждой из полученных т-фаз (по первой гармонике) суммировать по току с по мощью реактора. Преобразователь с т-фазиым выходом в соответствии с этим будет содержать m силовых каналов (фиг. 4). При введении параллельного соеди нения выходов модуляторов с помощью 1415 -5 -О 66 т-фазного реактора-улучшаются энергетические показатели предлагаемого преобразователя по сравнению с известным за счет существенного уменьшения (в 3 раза) потерь в ключах модуляторов. Масса и габариты выходного высокочастотного реактора практически не зависят от значения выходной частоты, которая может изме няться от нулевых значений до задан

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ С КВАЗИОДНОПОЛОСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ, содержащий га-фазный генератор сигналов модулирунщей частоты, выходы которого соединены с управлянмцими входами га соответствующих модуляторов непосредственно и через фазосдвигающие устройства, причем ситовые входы модуляторов подключены к соответствующим фазам т-фазногЬ генератора напряжений несущей частоты, отличающийся тем, что, с целью улучшения энергетических показателей, выходы модуляторов соединены параллельноv причем m одноименных выходных выводов модуляторов объединены между собой через обмотки введенного т-фазного реактора, выполненного на общем:магнитопроводе. :д М Эд

Of

Т

l 1 .

X

12

Т

JL

2Г

Ж

иг,2

/п

а

г

5

л

Ж

.J