Преобразователь частоты Советский патент 1988 года по МПК H02M5/45 

v,,f,

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть ис- . пользовано для электропитания приемников непромышленной частоты, а так- же в устройствах автоматики, телемеханики, связи и т.п. .

Цель изобретения - снижение уровня высших гармоник в выходном токе.

На фиг. 1 представлена электричес- кая схема прер.бразователя частоты; на фиг. 2 - временные диаграммы напряжения сети и выходного тока.

Преобразователь содержит управляемый инвертор 1, образованный тиристо- рами 2-5 (фиг. V). Параллельно выводам постоянного тока инвертора 1 подключен конденсатор 6. Для заряда конденсатора 6 от первичной сети в положительные полупериоды служит однополу периодный выпрямитель на тиристоре 7 Со стороны выводов переменного тока

инвертора последовательно с нагрузкой 8 включен дроссель 9. Конденсатор 6, дроссель 9 и нагрузка 8 образуют колебательный контур. Для вывода соотношения между емкостью конденсатора 6 и индуктивностью дросселя 9 с учетом полного сопротивления нагрузки 8 используют формулу для частоты ко- лебательного контура

CO.

- ll/LC RK/4L ,

(1)

сОо собственная углевая частота колебательного контура;

L - индуктивность колебательного контура;

С - емкость конденсатора колебательного контура;

Ец - активное сопротивление нагрузки.

Из принципа работы преобразователя следует, что частота колебательного контура в общем случае связана с частотой первичной сети9 питающей преобразователь (фиг. 2), следующим образом:

СЗл

2п-1

(2)

ние основной гармоники (частота этой

RH

гармоники равна частоте нагрузки

и

Zcosq) -- cosCf

U

cos cp

fn). ,(3)

где

и .S,P нагрузки): L

Z - полное сопротивление нагрузки для основной гармоники; cos ц - коэффициент мощности нагрузки по основной гармонике; действующее значение основной гармоники напряжения на нагрузке;

полная и активная мощность нагрузки по осдовной гармонике. .

Аналогичным образом находят выражение для индуктивности колебательного контура (с учетом индуктивности

и„ + L

н

(4)

где

н

индуктивность нагрузки.

Zsincf - cosCf.

V sinZcf -IP

sintf

(5)

30

где X - индуктивное сопротивление нагрузки для основной гармоники.

х

Юн

L - L : ,- т It пх (Ос

(6)

где(1)„ 2 Т f ц - угловая частота тока и напряжения на нагрузке. Подставляя (5) в (6), имеют

пУ sin2cf 2PQe

Подставляя (7) в (4) имеют nV -sin2cp .

LH ЧР

2Рсо,

(7)

(8)

Подставляя (8) и (3) в выражение (1) и с учетом (2) получают соотношение для активно-индуктивной нагрузки

2(2п-1)Р(2РЦнд пУ б1п2ч)

С

е 14 nV, 8 in2tf)4 (2n-

(

Изобретение относится к преобразовательной технике и м.б. использовано для электропитания приемников непромышленной частоты, а также В: устройствах автоматики, телемеханики, связи и т.п. Целью изобретения является снижение уровня высших гармоник в выходном токе. Преобразователь содержит инвертор 1 на тиристо- раз 2-5 и выпрямитель. Блок управления 10 содержит задатчик частоты 11, формирователь импульсов 12, одновиб- ратор 13, делитель частоты импульсов 14, узел задержки 15, распределитель импульсов 16 и усилительно-развязывающие узлы 17-19. Если конденсатор 6 заряжать не от каждой положительной полуволны напряжения сети, а через одну, две и т.д. с последующим его разрядом, то частота будет делиться соответственно на четыре, шесть и т.д. При этом длительность бестоковых пауз по отношению к периоду тока и напряжение выходной частоты уменьшаются, уровень высших гармоник снижа- .ется. 2 ил.

где n - четное число, на которое делится частота питающей сети; .- угловая частота питающей

сети;

fp - частота питающей сети. Вырезают активное сопротивление нагрузки Ец через мощность и напряжеБлок 10 управления (фиг. 1) содер- 55 жит синхронизированный с сетью задат- чик частоты в виде согласующего трансформатора 11, формирователь 12 импульсов прямоугольной формы, одновиб- ратор 13, делитель 14 частоты импульсов, узел 15 задержки, распределитель 16 импульсов и усилительно-развязывающие узлы 17-19.

Трансформатор 11 служит для согла- сования уровней напряжений между первичной сетью и входом узла 12 формирования прямоугольных импульсов.Формирователь импульсов преобразует синусоидальный сигнал в прямоугольные импульсы, в качеств-е формирователя 12 может быть использован, например,компаратор, выполненный на операционном усилителе. ,

Одновибратор 13 (например, инте- гральная микросхема К155АГЗ) формирует импульсы задаваемой длительности. Для деления частоты импульсов применяется делитель 14 частоты, в качестве которого может быть использован счетчик импульсов, коэффициент деления которого выбирается в зависимости от выходной частоты преобразователя. Узел 15 задержки служит для создания задержки в 90 эл.гряд. Для распреде- ления импульсов между выходными усилительно-развязывающими узлами 18 и 19 применяется распределитель 16.Выходные узлы 17-19 формируют управляющие импульсы достаточной мощности.

Преобразователь при делении частоты на два работает следующим образом.

При поступлении на вход преобразователя Положительной полуволны напря- жения сети и,, в момент t (фиг.2а) открьшается тиристор 7, и с этого момента до помета t, конденсатор 6 заряжается до амплитудного значения напряжения U(, с полярностью, указан- ной на фиг. 1. В момент t, процесс заряда конденсатора 6 прекращается и тиристор 7 закрывается. В дальнейшем заряженный конденсатор 6 разряжается на нагрузку 8 через дроссель 9 по колебательному закону с момента t,

до момента t (фиг.2а,б) при открытии тиристоров 2 и 3 управляемого инвертора 1. При этом через нагрузку 8 протекает положительная полуволна синусоидального тока i; (фиг.2б).Длительность протекания тока обеспечивается выбором емкости конденсатора 6 и индуктивности дросселя 9 согласно формуле (9). По окончании положи- тельной полуволны тока в момент t тиристоры 2 и 3 закрываются, а тиристор 7 открывается, и с этого момента до момента t, конденсатор 6 вновь заряжается до амплитудного значения на- шряжения и,с прежней полярностью. В момент t процесс заряда прекращается и тиристор 7 закрывается. И в этот момент открываются тиристоры 4 и 5 управляемого инвертора 1 и конденсатор 6 вновь разряжается на нагрузку 8. При этом ток через нагрузку протекает в противоположном направлении до момента t (фиг. 26). Далее процессы повторяются.

Первые гармоники выходного тока ij и напряжения U имеют частоту f,j , в два раза меньшую, чем частота f, напряжения сети. Длительность бестоковых пауз в выходном токе составляет 1/4 периода тока и напряжения выходной частоты. Уменьшение бестоковых пауз приводит к снижению уровня высших гармоник в выходном токе и напряжении. I

Если конденсатор 6.заряжать не от

каждой положительной полуволны напряжения сети и,, а через одну, две и так далее (фиг. 2в,г) с последующим разрядом и при соответствующем выборе емкости конденсатора 6 и индуктивности дросселя 9, частота будет делиться соответственно на 4,6 и т.д. При этом длительность бестоковых пауз по отношению к периоду тока и напряжение выходной частоты уменьшаются (фиг. 2в,г) и соответственно уровень высших гармоник еще более снижается.

Формула изобретения

Преобразователь частоты, содержащий выпрямитель с ко.нденсатором на выходе и подключенный к его обкладкам шинами питания однофазный мостовой инвертор, в выходной цепи которого установлен дроссель, а также блок управления, включающий в себя последовательно связанные между собой за- датчик частоты, распределитель импульсов и усилительно-развязывающий узел, отличающийся тем, что, с целью снижения уровня высших гармоник в выходном токе, блок управления снабжен узлом задержки, задат- чик частоты выполнен в виде последовательно соединенных между собой формирователя прямоугольных импульсов, входом подключаемого к входным выводам преобразователя, одновибра- тора и делителя частоты импульсов.

причем выход последнего подключен к входу распределителя импульсов через узел задержки, а значания емкости конденсатора и индуктивности дросселя выбирают из соотношения

ein2tf) i

г 2(2п-1)Р(2РЬу( а,4Х2РЦуО -юу 81п2«у)

) + (2п-1 V cos tfl :

где п - четное число., на которое де- 10 coscf лится частота питающей сети; .

активная мощность нагрузки по основной гармонике; угловая частота питающей сети;

индуктивность дросселя; действующее значение основной гармоники напряжения на нагрузке;

коэффициент мощности нагрузки по основной гармонике.

Фи.