Способ преобразования @ -фазного напряжения одной частоты в однофазное напряжение другой частоты Советский патент 1987 года по МПК H02M5/27 

Изобретение относится к электротехнике силовой нреобразовательной технике.

Цель изобретения - улучшение качества выходного наиряжения и тока за счет снижения величины их коэффициента гар-

МОНИК.

На фиг. 1 изображена схема реализации способа; на фиг. 2 - кривые напряжений питания и напряжения на нагрузке; на фиг. 3 - регулирование наиряжения; на фиг. 4 и 5 - работа на активно-индук- тивную нагрузку.

Восьмифазная восьмиимпульсная мостовая выпрямительная схема (фиг. 1) содержит катодную группу тиристоров I-8 и анодную группу тиристоров 9--16. На стороне выпрямленного напряжения - переключающая схема тииа инвертора с нулевым выводом: трансфор.матор 17 со средней точкой первичной обмотки, концы первичной обмотки подключены к тиристорам. 18 и 19, а к вторичной обмотке подключена на- грузка 20. Обратные вентили (тиристоры) 21 и 22 могут быть включены при активно-индуктивной нагрузке для обеспечения коммутации тиристоров 18 и 19. Может быть использована любая другая переклю- чаюп1ая схема, позволяющая изменять полярность выпрямленного напряжения на нагрузке.

Способ преобразования частоты поясняется на фиг. 2 в предложении, что на- | рузка 20 чисто активная, а коэффициент трансформации трансформатора 17 равен единице. В верхней части (фиг. 2) тонкими линиями изображены синусоидальные фазные напряжения источника нитания угловой частоты ы, причем цифрами 1-8 и 9-16 обозначены номера тиристоров, на которые подаются эти наиряжения. Ниже один под другим изображены восемь напряжений различных частот на первичной обмотке трансформатора, причем для каждой кривой к оси времени примыкают две гра- фы, в которых указаны номера тиристоров, включенных на интервалах.

Первая из восьми кривых показывает получение на нагрузке напряжения примерно половинной частоты. В момент включают тиристор 3, анодный потенциал которого с этого момента начинает увеличиваться от нуля, и тиристор 12, катодный потенциал которого с этого момента начинает уменьшаться от нуля. Одновременно включают и тиристор 18, так что с этого момента к первичной обмотке трансформатора и, соответственно, к нагрузке приложено условно положительное напряжение. Далее тиристор 3 остается включенным до того момента а)/ 15л;/8, когда его анодное напряжение не упадет до нуля, так как никаких других тиристоров катодной грунпы не включают. В анодной же группе тиристор 12 включен интервал л/4, после чего

5

5

0

0

5

0

5

5

0

включают тиристор 13, катодный потенциал которого становится меньше, а тиристор 12 автоматически выключается. Далее включают тиристоры 14-16, 9 и 10, каждый из которых проводит интервал л/4 и выключается, как в мостовом неуправляемом выпрямителе.

Таким образо.м, к первичной обмотке трансформатора (и, соответственно, к нагрузке) приложено линейное напряжение между фазой 3 и всеми другими фазами, выделенное в верхней части жирной линией и образующее положительную полуволну выходного напряж.ении (фиг. 2). Это напряжение к моменту (о/ 15л/8 уменьшается до нуля, в этот момент тиристор 18 автоматически выключается, после чего сразу же включают тиристоры 19, 2 и 11, Тиристор 2 остается включенным, пока его анодное напряжение положительно, так как никаких других тиристоров катодной грунпы не включают, а в анодной группе через каждый интервал я/4 включают тот тиристор, у которого катодный потенциал становится ниже, а предыдущий тиристор автоматически выключается. Поэтому с момента ш/ 15л/8 к первичной обмотке трансформатора (и, соответственно, к нагрузке) приложено в обратном направлении напряжение между фазой 2 и всеми другими фазами. К моменту со/ 29л/8 это напряжение уменьшается до нуля, тиристор 19 автоматически выключается, после чего включают тиристор 18 и начинается новый по.пупериод выходного напряжения - оно образуется .линейным напряжением между фазой 1 и остальными и т. д. Период выходног о напряжения равен 7л/2 (часто1 а 4/7 частоты питания) .

Вторая кривая показывает нолучение большей частоты выходного напряжения. В начале положите.льного нолупериода включают тиристор 18, тиристор 3 и сразу тиристор 13 (тиристор 12 не включают) с того момента и), когда линейное напряжение между соответствующими фазами 3 и 5 начинает увеличиваться от нуля. Далее в катодной группе оставляют включенным тиристор 3, а в анодной группе каждые л/4 включают тиристор с наимень- щим катодным потенциалом, как описано, так что положительная полуволна выходного напряжения уменьшается до нуля в тот же момент ( Г5л./8, что и предыдущем случае, и тиристор 18 выключается. С момента {о/ 15л/8 включают тиристор 19 и формируют отрицательную нолуволну выходного напряжения опиеанным образом, т. е. линейным напряжением между фазой 2 и остальными фазами с той разницей, что в момент о)/ 27л/8 не включают тиристор 9, а оетавляют включенным тиристор 16 до того момента а). пока ;1инейное напряжение между фазами 2 и 8 положительно, после чего тиристоры 2, 16 и 19 автематически выключаются, и включают тиристоры 8, 10 и 18. Период образуемой кривой выходного напряжения равен 13л/4.

Третья кривая показывает получение выходной частоты в 1,5 раза меньше входной. Начало нодожительной полуволны выходного напряжения и номера включенных тиристоров совпадают с предыдущим случаем, но в конце положительной полуволны в момент to/ 13л/8 не включают тиристор 10, а оставляют включенным тиристор 9 до того момента , пока линейное напряжение между фазами 3 и 1 не упадет до нуля. В этот момепт тиристоры 3, 9 и 18 выключаются и включают тиристоры 1, 11 и 19, так как с этого момента напряжение между фазами 1 и 3 начинает увеличиваться от нуля. Далее в катодной группе оставляют включенным тиристор 1, а в анодной группе включают по очереди тиристоры с минимальным катодным потенциалом, причем тиристор 16 не включают, а тиристор 15 оставляют включенным до того момента ш/ 13л/4, когда линейное напряжение между фазами 1 и 7 не уменьшится до нуля. В этот момент тиристоры 1, 15 и 19 выключаются, включают тиристоры 7, 9 и 18 и формируется следую- ндая положительная полуволна выходного напряжения. Период образуемой кривой равен 3л.

Четвертая кривая - формирование выходного напряжения с периодом 11л/ 4. Положительная полуволна отличается от предыдущей кривой тем, что начинается от момента о) линейным напряжением между фазами 3 и 6 (тиристор 13 не включают, а включают сразу тиристор 14), а отрицательная полуволна отличается от предыдущего тем, что кончается в момент (о/ 25л/8 перехода через нуль линейного напряжения между фазами 1 и 6 (тиристор 13 не включают, тиристор 14 включен до перехода напряжения через нуль).

Пятая кривая - выходное напряжение с периодом 5л/2. Положительная полуволна формируется липей|Пз1м напряжением между фазой 3 и фазами 6-В, а отрицательная полуволна - линейным напряжением между фазой 8 и фазами 3-5, следующая tio- ложительная полуволна - линейным напряжением между фазой 5 и фазами 8, 1 п 2 и т. д Порядок включения вентилей указан.

Шестая кривая - зы.ходное напряжение с периодом 9л/4. Положительная по.чу- волна формируется линейным напряженнем между фазой 3 и фазами 7 и 8, отрицательная - между фазой 8 и фазами 3 и 4, следующая положительная полуволна - между фазой 4 и фазами 8 и 1 и т. д.

Седьмая кривая - выходное напряжение с частотой питания формируется линейным напряжением между двумя фазами 3 и 7.

Последняя кривая - выходное напряжение, частота которого больше частоты

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

питания. Пачало положительного по.пуперио- да формируется лпнеГшым нанряжением между фазами 3 и 7 (включены тиристоры 3 и 15). В момент ( включают тиристор 14 с наименьншм катодным потещ1иа- лом, поэтому тирпстор 15 автоматически отключается и остальная часть полунериода формируется линейным напряжением между фазами 3 и 6. Аналогично, отрицательная полуволна формируется первые л/4 линейным напряжением между фазами 6 и 3, а после нереключенця тока с тиристора 11 на тирпстор 10 - линейным панряжением между фазами 6 п 2. Далее нроцесс нро- должается в соответствии с указанными номерами включенных тиристоров. Период образуемой криво равен 7.т1/4 (частота 8/7 частоты 1штания).

Таким образом показано по,1ученпе различных выходных частот - дискретноот1 регулирования пе рнода 2л/8 в диапазоне 4/7(.о:8/7(о 1:2 с помощью естественной коммутации ве1ггп, 1ей. причем no.:iyBO. ina жепия каждой выходной частоты, отличпо от частоты питания, формируется линейным напряже1П1ем между одной и той же фазой источника питания и несколькими другими фазами. Для этого в каждом полупериоде включают один тнрпстор катодной грунны п несколько тиристоров апод- ной грунны. Однако тот же результат можно получить, включая один тнристор анодной группы п несколько тиристоров катодной. Интервалы между переключениями тиристоров измеряются целыми числами , л/8, где т - ЧИС.1О фаз источника.

На фпг. 3 показано регулпровапие выходного напряжения при неизменной его частоте. В катодной группе в положительном нолупериоде ,л/8 включен тиристор 3, в отрицательном полуперпо- де -- тиристор 2. Номера включенных тп- рпсторов в анодной группе определяются различными линиями - сплошной, пунктирной, штрихнупктирной, точечной. Напрпмер, для напряжений, заданных снло1ппой и нп рпхпунктирной линиямп, указаны помера включаемых тиристоров анодной грушты. Причем показаны лцп1ь некоторые из возможных комбинаций формирования выходного напряжения заданной частоты. Предлагаемый способ позво, 1яет и регулировать напряжение на нагрузке путем естествепной коммутации тиристоров в такие же фиксированные моменты времени, как для регулирования частоты.

С увеличением числа фаз т источника питания не только улучшается форма кривой выходного напряжения и умепьщается дискретность регулирования частоты, но п увеличивается диапазоп регулирования. Например, при регулированием частоты описанным образом - изменением периода через каждые 2л//п л/6 - можно получить выше частоты питания еще не менее

5 частот без значительного ухудшения формы кривой, т. е. расширить диапазон регулирования частоты до 1:3. Одновременно с ростом числа фаз быстро увеличивается число стунеией регулирования напряжения - число комбинаций включения анодных вентилей в каждом периоде: нри это число больше 20.

Работа схемы на активно-индуктивную нагрузку поясняется на фиг. 4, где нред- став.мены графики напряжения и тока на- грузки (трансформатора 17) и вентилей 18, 19, 21, 22 для примера выходной частоты, равной 2/3 частоты питания (третья кривая, фиг. 2) и коэффициента мощности нагрузки на частоте питания ,7/(р л/4. Там же указаны интервалы нрово- димостсй вентилей выпрямительного моста.

Перед моментом , когда липей- пое напряжение между фазами 3 и 1 должно изменить знак, нроводят тиристоры 3, 18 и 9, и ток /,7 трансформатора течет через тиристор 18. После изменения ноляр- пости нанряжения включают тиристор 21 и ток первичной обмотки переходит с ти- рпстора 18 на тиристор 21 и включенные перед этим тиристоры 3, 18 и 9 автоматически выключаются (ток тиристора 21 для них встречный).

Пока ток тиристора 21 ноддерживает- ся энергией, накопленной в индуктивности нагрузки, включаюн1ей рассеяние трансформатора (в нримере интервал п/4), тиристоры вынрямительного моста включиться не Moi yr (во встречном для них направлении действует ЭДС самоиндукции) и линейное напряжение на трансформатор не нодается. И ,тип1ь с момепта .Tt, когда линейное напряжение становится больн е ЭДС. самоиндукции и тиристор 21 нерестает фово- дить, могут вк.лючиться тиристоры 1, 19 и 11. С момента wl 13л/ 4, когда напряжение между фазами 1 и 7 изменяет знак, аналогичным образом ток нагрузки переводится с тиристора 19 па тиристор 22 так, что оче- редпые тиристоры 7, 18 и 9 включатся также через интервал л/4. Ток наг рузки непрерывный. Из-за задержки включения части вентилей при активноиндуктивной нагрузке- управляюп1ие импульсы, подаваемые в фик- сированные моменты перехода напряжения

через нуль, например импульсы на включение тиристоров 1, 19 и 11 подаваемые в момент а), должны иметь достаточную ширину, перекрывающую эту задержку.

В другом варианте (фиг. 5) обратные тиристоры 21 и 22 не устанавливаются. Пусть, например, сохц: нагрузки постоянный и на частоте питания равен 0,5 (). После изменения знака напряжения делается пауза (из целого числа интервалов квантования л/т) на включение тиристоров, в течение которой ток успевает упасть до нуля, затем тиристоры восстапарзливают управляемость, после чего включаются очередные по программе тиристоры. В нримере после момента о)/ 7л/4 из.менения знака напряжения подача унравляюндих импульсов прекращается, т. е. в программе делается пауза, в течение которой тиристоры 3, 18 и 9 гарантированно перестают проводить и выключаются. Длительность паузы Зл// г :Зл/8 перекрывает затягивание тока нагрузки (я/3) на время, достаточное для восстановления свойств тиристоров. После паузы включается очередная по программе группа тиристоров 1, 19 и 12. Ток нагрузки имеет пропуски, которые при фиксированном cos(f не превьипают Л/АП.

Формула изобретения

Способ преобразования /«-фазного напряжения одной частоты в однофазное напряжение другой частоты путем формирования с помоидью управляемого выпрямле1 ия полуволп однополярного тока и пе)И()ди- ческого изменения ио.1ярности полуволн этого тока в моменты нулев1,1х его значений, отличающийся тем, что, с целью y, iy4Hje- ния качества выходных напрял ений и тока за счет снижения величины их коэффициента гармоник, указанное выпрямление в нределах упо.мяпутых полуволн осуществляют .между потенциалом одной фазы и носледовательно следуюн1ими во времени наибольп1ими потенцнала.ми других п фаз, где ,т - , причем число п устанавливают в зависимости от значения выходной частоты.

i Z 3 5 6 7 S 1 Z 3

yf lljФиг. z

0 n 2- 5 ЗУ Фаг. 3

J ,ЗГ.

0 2 3i 2 2Х 2 3ff 2

fj I ЗГ ,Т 21 .У ЗЗГ ir Т - 2-Т J

Фиг.

Изобретение относится к преобразовательной технике. Целью является улучшение качества выходного напряжения и тока за счет снижения величины их коэффициента гармоник. Устр-во содержит тиристоры 1 - 16, трансформатор со средней точкой первичной обмотки. Концы обмотки подключены к тиристорам 18 и 19, к вторичной обмотке подключена нагрузка 20. Полярность напряжения на нагрузке изменяется в моменты прекращения тока через вентили. Формирование каждой полуволны выходного напряжения осуществляется между одной фазой источника питания и другими его фазами. Моменты прекращения тока через вентили задают включением различного числа вентилей в анодной и катодной группах. 5 ил. ш (Л М о р о о о о «г ч WT 00 о со ю 00