Трансформаторно-ключевой непосредственный преобразователь частоты однофазного напряжения Советский патент 1985 года по МПК H02M5/27 

Изобретение относится к преобразо вательной технике и может быть испол зовано в электроприводе и спецэлектр металлургии (устройства электромагнитного перемешивания металлических расплавов). Известен непосредственный преобра зователь частоты с искусственной ком мутацией вентилей l . Однако в данном устройстве при больших токах нагрузки (установки электромагнитного перемешивания мета лического расплава в вакуумных печах которые имеют величину порядка тысячи ампер и более, согласование напря жения питания и нагрузки, а также ре лизация узла коммутации затруднены. Известен магнитно-полупроводников преобразователь, работающий по принципу поочередной коммутации магнитных потоков в двух независимых одноконтурных магнитопроводах. В этом преоб разователе устранены недостатки указанного устройства 2j . Однако в этом устройстве установленная мощность превышает в два раза мощность,потребляемую нагрузкой, а потребление обмоткой управления значительной реактивной мощности ухудшает массогабаритные показатели узла коммутации. Кроме того, такое устройство обладает низким быстродействием в моменты переключения управляющих обмоток, так как восстанавливаются и гасятся два независимьЕК магнитных потока, что приводит к искажению формы Кривой первичного тока. Наиболее близким к изобретению по существу технического решения является преобразователь, силовая часть которого состоит из трехстержневого магнитопровода, на среднем стержне которого размещена первичная обмотка, а на каждом крайнем стержн одна вторичная и одна управляющая (коротящая) обмотки. Вторичные обмо ки соединены согласно и последовательно с нагрузкой, а управляющие обособлены и коммутируются узлами коммутации. Известный преобразователь имеет улучшенные массогабаритные показатели, а восстановление и гашение магнитных потоков в общей магнитной цепи позволяет улучшить его динамические свойства, и, следо вательно, снизить его искажающее ;влияние на питающую сеть з . Однако известное устройство имеет низкое качество выходного напряжения из-за повышенного внутреннего сопротивления, т.е. преобразователю присуща недостаточно жесткая выходная характеристика, что особенно важно в случае реализации больших выходных токов. Следствием этого является пониженный коэффициент мощности устройства, а обособленность управляющих обмоток приводит к возникновению коммутационных перенапряжений. Качество выходного напряжения (жесткость выходной характеристики) известного устройства оценивают с помощью теоремы Тевенена об эквивалентном источнике, определив его внутреннее сопротивление. Обозначим: х сопротивление первичной обмотки, размещенной на среднем стержне трехстержневого магнитопровода;Xj, X. - сопротивления вторичных обмоток, расположенных . на левом и правом стержнях соответственно; х,, х - сопротивления управляющих обмоток, расположенных на правом и левом стержнях, соответственно; X ,х , Х| - сопротивления магнитной связи между обмотками с соответствующими индексами;i,,i2, i первичный, вторичный и управляющий токи. Пренебрегая активными сопротивлениями обмоток и рассматривая только принужденную составляющую переходного режима при замыкании, например. обмотки X запишем систему уравнений электромагнитного состояния, соответствующую закороченному входу преобразователя: jia ji ,fe4x.-..,, o, 4rb,i:nr it b II . lQ- ° х,,-т(х„+х, + Хз.0, или в символической форме при jx,i/)v,,i., 0, J2(X2 X,,Uj4Ji,X,+ X4,U, (io , j)(l,j x5 +x 2lizMX Ii 0 , откуда внутреннее сопротивление экви валентного источника: Вводя коэффициент связи и принимая его равным единице для обмоток, находящихся на одном стержне, получим1 . ,,,)-2(ЬК„)1 ,jXjb KIJ-X,, 1 Будем считать коэффициенты связи между обмотками, находящимися на кра них стержнях, равными 74 7 что достаточно справедливо, особенно при секционном расположении обкоток Тогда внутреннее сопротивление , . U7jnn43 2(,v3,-V) - K, Таким образом, реактивный характе внутреннего сопротивления определяет понижение коэффициента мощности известного устройства, а его конечная величина характеризует пониженную жесткость выходной характеристики, т.е. снижает качество выходного напря жения преобразователя. Видно, чтс5 эт два показателя критичны к изменению степени связи между соответствующими обмотками, что предъявляет повыщенны требования к качеству монтажа и сбор ки преобразова1;ельного трансформатор Цель изобретения - упрощение кон струкции, повышение стабильности выходной характеристики и увеличение входного коэффициента мощности. Поставленная цель достигается те что в трансформаторно-ключевом непо средственном преобразователе частот однофазного напряжения, содержащем два полностью управляемых ключа пер менного тока ,трехстержневой магнитопровод с первичной и двумя вторич П Ь4 ными обмотками, расположенными на крайних ст.ержнях, одними концами Соединенными согласно-последовательно, а другими образующими выходные вьшоды преобразоваталя, первичная обмотка разделена на две зашунтированные упомянутыми ключами полуобмотки, которые размещены на крайних стержнях магнитопровода и одними концами соединены между собой последовательновстречно, а другими цодключены к входньм выводам. На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя. Устройство состоит из трехстержневого магнитопровода 1, обмоток 2-5, полностью управляемых ключей 6 и 7 переменного тока, входных выводов 8 и нагрузки 9. Вторичные обмотки 2 и 4 размещены на боковых стержнях магнитопровода 1, соединены согласно-последовательно с нагрузкой 9. Первичные полуобмотки 3 и 5 также размещены на боковых стержнях, соединены последовательно-встречно и подключены к выводам 8 для подключения питающей сети. Вследствие встречного включения первичных полуобмоток 3 и 5 при выключенных ключах 6 и 7 напряжение на нагрузке 9 равно нулю. Поочередное замыкание с регулируемой частотой ключей 6 и 7 приводит к переключению общего магнитного потока с левого контура на правый и наоборот с высоким быстродействием, при этом напряжение на нагрузке изменяет знак на противоположный. Характерно, что первичные обмотки в этой схеме поочередно выполняют функции управляющих. Огибающая тока нагрузки i,j, (фиг. 2) изменяется с частотой, равной разности частот входного напряжения и напряжения управления. На фиг. 2 приняты следующие обозначения: и, и - входное и выходное напряжения преобразователя, i выходной ток RL-нагрузки; U - напряжение управления ключами 6, 7; , i)-y - токи через эти ключи. Покажем, что предлагаемый преобразователь имеет повышенную жесткость выходной характеристики и повьшенный коэффициент мощности. Внутреннее сопротивление источника, эк1;ивалентного предлагаемому S преобразователю, определим из системы уравнений, описывающей вьшужденный режим в схеме (фиг. 1) при замкнутой обмотке 3 и указанных допущениях. Индексы обмоток соответст вуют указанным на фиг. 1. , , j; tx,г- 5 54177 Х .. (xJ5 il5ll7 ()зi( c3Q °М I .1 Jl-i ,)- . В символической форме jX5l|4(X52+X94)U + j5vi3 0 i ,M2Ua-fX74U2 jC 2n 13lI,Uo )з5-(ЗСх,2 + х,) Откуда, при х, К, 3 внутреннее сопротивление источника Z.2, ))-tM(K«HHfc,7Hl %5 . Считая коэффициенты связи между обмотками на крайних стержнях равны ми после несложных преобразований полу чим 0 -о Заметим, что такой результат получей с учетом указанных допущений однако равносильные допущения для и 756 вестного устройства не приводят к равенству . В предлагаемой схеме влияние различных факторов на величину связи между соответствующими обмотками, которая определяет величину внутреннего сопротивления, сведено к минимуму, а для различных экземпляров преобразовательных трансформаторов модули внутренних сопротивлений связаны соотношениями г (6 - ii)Zo. ТакИм образом, предлагаемый преобразователь имеет более жесткую выходную характеристику, что повышает качество выходного напряжения и повышенный коэффициент мощности из-за малой реактивной части внутреннего сопротивления. Коммутационные перенапряжения снижены за счет существования высвобождения реактивной энергии управляющих обмоток по первичной цепи, а силовая часть содержит только две первичные (управляющие) и две вторичные обмотки. Выполнение преобразователя по предлагаемой схеме снижает требования к монтажу и сборке его силовой части, т.е. преобразователь более технологичен. Применение преобразователя с упомянутыми улучшенными показателями в установках вакуумной плавки дорогос.тояпщх и тугоплавких металлов, использующихся в важных отраслях народного хозяйства, позволит повысить производительность этих установок за счет увеличения слива. Кроме того, повышается качество слитков за счет поддержания технологического режима при электромагнитном перемешивании металлического расплава.

88

ТРАНСФОРМАТОРНО-КЛЮЧЕВОЙ НЕПОСРЕДСТВЕННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ОДНОФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий два полностью управляемых ключа переменного тока, трехстержневой магнитопровод с первичной и двумя вторичными обмотками, расположенными на крайних стержнях, одними концами соединенными согласно-последовательно, а другими образующими выходные выводы преобразователя, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, повышения стабильности выходной характеристики и увеличения входного коэффициента мощности, первичная обмотка разделена на две зашунтированные упомянутыми ключами полуобмотки, которые размещены на крайних стержнях магнитопровода и одними концами соединены между собой (Л последовательно-встречно, а другими подключены к входным вьшодам.

-i Н

фuг.f

-/ /