Трехфазно-трехфазный преобразователь частоты Советский патент 1993 года по МПК H02M5/27 

мощью ключей с двусторонней проводимостью поочередно циклически подключается к фазам питающей сети на равные промежутки времени, ;V

Недостатком преобразователя являет- ся йёвыбокая Надежность работы нагрузки вследствие взаимного влияния формы кри- . врй напряженийп таючцёй сети на режим работы наг#у Щ р ма работы йагрузки . f На питающую еёть. Э Аро вляется впопа- Ййнии выбросов и прЪ|алОв напряжениях п 1тШщёй, Ьетй в нагруз, что вызывает

-сбой в работе, например, элементов вычис-

У и елйнрй техники : и даже выход их из г стрОя; а таЕкжё в проникновении информа- об импульсной характере раббты на- .грузки (например, импульсное потребление ; т;ока из литающ ейcefn) в питающую сеть :;;;: Последнее; Ькйзывается не только нёжела- У$ль1ным с точки зрения неблагоприятного ; :;вяи ния. на другиеi потребители через йска- ж;ёния; общего напряжения питающей сети, ной Совершено недопустимым с точки зрё Хния попадаййя информации о режиме рабо- : ты бтветствё ых потребителей в общую :.-;Х 1йта )6:щ с;ёт:ь :;; ;; Цель изобретенийГ - повышение надеж-; йбст работы путем ослабления взаимного ;; ч ВЛйяния формы кривой найряжёний трех- Vf: фазной Cetn на режим работы нагрузки и

1 режиму; работь): нагрузки на трехфазйую : ; у... Прставленнай цель дбстигается тем, что ;Щ в трехфазно-трехфазный преобразователь частоты, содержащий три основных моста

; наI ключах Ь двусторбнней проводимостью, .. t управлявших тремя группами сигналов К4- ::: К9, М-КЭ , , Носледовательносдви- vv;; ну 1мй;между собой на угол 2 я/3, при этом Исходы этих мостов образуют входные i ывЬ-

ц ды преобраздватёля для nerikltWfRi/№их к УРтрёхфазной сети, два трехфазных вентиль- ных; Motta с полностью управляемыми клю-

на их Ухйда

;: йз; йих: образуют одни, а другого - другие :- J:выходные выводы npeoepa Bat gfliR дли подключения йагрузки,& также систему угй - равлёнйя, включающую в себя пЬслёАбва-

;:ТёЛьно связанные между собой задающий генератор, блок распределения импульсов, ; выНолненйый ни основе шёстйразрядного v: кольЦёеогЬ регистра и формирующий на своих выходах логические сигналы .Х1-Х6, представляющие собой прямоугольные им- пульсы длительностью 60 эл. град., сдвину- тыё между собой на 60 эл. град., и логический блок, формирующий на своих выходах для управления ключами преоб разователя сигналы К10-К13, К10 , К1.1 , К10. К1Г, причем

К10 К13 Х2+Х4+Х6,К.11-К11-. К11 К12 Х1+Х2+Х5, дополнительно введены на каждую фазу преобразователя два идентичных упомянутым полностью управляемых ключа с двусторонней проводимостью, через которые выходные выводы преобразователя подсоединены к выходным выводам основных трехфазных мостов, и два Накопительных конденсатора, первые обкладки которых Подйлючёны каждая к од- йОМу ёыходному выводу cOQTBef6fByibii;er6 ЬсноВйогО трехфазного моста, вторые обкладки соединены между собой и с дополйи- тельным входным выводом для подключения его к нулевому выводу трех фазной сети, а связь управляющих входов упомянутых ключей основных мостов с выходами блока распределения импульсов о п-; редёляется следующим образом:

. ; .... :

,

, : ,г ,: VI : .

К8 К7 К8 Х2/; : .На фиг. 1 приведена принципиальная схема преобразователя частоты; на фиг. 2 - блок-схема системы управления преобразователем; на фиг. 3 временные диаграммы импульсов управления ключами преобразователя, а также эпюры напряжений на элементах схемы (обозначения временных диаграмм на фиг. 3 соответствуют обозначениям элементов на фиг. 1 и 2). .

ТрехфазнО-трехфазный преобразователь (фиг. 1) содержит Три трехфазно-одно- файных преобразователя 1-3, каждый из котбрых собран в виде трехфазного основного моста на шести полностью управляе-, мых ключах с двусторонней проводимостью (для первой (- ключи 4-9 , для второй фазы - ключи 4-9, для третьей фазы - ключи ), причем входы этих мостов образуют входные выводы преобразователя и подсоединены к фазным выводам А, В, С трёхфазной сети. Нагрузки 14-16 отдельных фаз преобразователя своими зажимами подключены через полностью управляемые ключи с двусторонней проводимостью к выходным выводам основных трехфазных мо1 стов. Так, для первой фазы нагрузка 14 Одййм зйжимом подключена через ключ 10 к общей точке ключей 4-6, образующей один выходной вывод Основного мОста первой фазы, а другим зажимом нагрузки 14 подключена через ключ 11 к общей точке ключей 7-9, образуюи ей другой выходной вывод Основного моста первой фазы. Для второй фазы нагрузки 15 одним зажимом подключена через ключ 10 к общей точке

ключей -6 , образующей один выходной вывод основного моста второй фазы, а другим зажимом нагрузка 15 подключена через ключ 11 к общей точке ключей 7 -$, образующей другой выходной вывод основного моста второй фазы. Для третьей .фазы нагрузка 16 одним зажимом подключена через ключ 10 к общей точке ключей , образующей один выходной вывод основного моста третьей фазы, а другим зажимом нагрузка 16 подключена через ключ 11 к общей точке ключей , образующей другой выходной вывод основного моста третьей фазы.

Один одноименные зажимы нагрузок 14-16 подсоединены к входам трехфазного вентильного моста .1.7 с полностью управляемым ключом 12 на его выходе, а другие одноименные зажимы нагрузок 14-16 - к входам трехфазного вентильного моста 18 с полностью управляемым ключом 13 на его выходе. В каждую фазу преобразователя дополнительно введены два накопительных конденсатора (напримерУДля первой фазы - конденсаторы 19, 20). Причем первые обкладки этих конденсаторов подключены каждая к одному выходному выводу соответствующего основного трехфазного моста. Так, для первой фазы первая обкладка конденсатора 19 подключена к общей точке ключей 4-6, образующий один выходной вывод основного моста первой фазы, а первая обкладка конденсатора 20 подключена к общей точке ключей 7-9, образующей другой выходной вывод основного моста первой фазы. Вторые обкладки всех накопительных конденсаторов соединены между собой и с дополнительными входным выводом для подключения его к нулевому выводу О трехфазной сети.

Выход задающего генератора 21 системы управления соединен со входом блока распределения импульсов 22, выполненным на основе шестиразрядного кольцевого регистра, выходы которого Х1-Х6 подсоединены к входам логического блока 23. Выходы К4-К13, К4-К11 , логического блока подключены к входам полностью управляемых ключей 4-13, 4-11, (на фиг. 3 показано формирование управляющих импульсов для первой фазы преобразователя). Управление ключами двух других фаз осуществляется такими же импульсами, но сдвинутыми относительно импульсов управления для первой фазы на 120 эл. град, для второй и на 240 эл. град для третьей фазы преобразователя.

Рассмотрим работы одной, например, первой фазы преобразователя. Задающий генератор 21 (фиг. 2) вырабатывает одноФазную последовательность коротких импульсов (диаграмма 21 фиг. 3) с частотой в 6 раз больше следования импульсов управления ключами 4-9 преобразователя, Эти им- 5 пульсы поступают на вход блока распределения импуль сов 22, выполненного, например, на основе шестиразрядного кольцевого регистра, на выходах Х1-Х6 которого формируются шесть последователь- 0 ностей прямоугольных импульсов длительностью 60 эл, град., сдвинутых между собой на 60 эл. град. (фиг. 30). Эти импульсы далее подаются на вход логического блока 23, который на своих выходах К4-К13 5 реализует логические зависимости

, -.

,

,

, 0 ,

,

К10 К12 Х2+Х4+Х6,

к11 к1з Х1+хз+Х5, ;

Эти импульсы показаны на сббтвётству5 ющих диаграммах фиг. 3. Они подаются на

управление ключами 4-13 преобразовате

. - . -:. .. ...,:-.-;-- ; -- -.;.,. ...., ... ,/. , . : .

Формирование кривой выходногб напряжения, например, на нагрузке 14 первой

0 фазы преобразователя производится следующим образом. В момент времени Ц замыкаются ключи 4, 11, 12 (фиг. 1, 3). На интервале ц-ta через ключ 4 от фазы А трехфазной питающей сети заряжается до фаз5 ного напряжения UA к моменту времени t2 накопительный конденсатор 19, Нагрузки 14-16 своими одними (левыми по схеме фиг. 1) зажимами соединены в общую точку трехфазным вентильным мостом 1.7 с ключом 12

0 на выходе. Накопительный конденсатор 20, заряженный в предыдущем цикле работы до фазного напряжения Ов к моменту времени ц, разряжается на интервале ti-ta через ключ 11 на нагрузку 14. Для упрощения счи5 таем, что при разряде напряжение на конденсаторе 20 к моменту времени не успевает сколько-нибудь существенно измениться, т.е. остается практически посто- янным. В результате на нагрузке 14

0 формируется первая ступенька выходного напряжения (фиг. 3).

В момент t2 ключи 4,11, 12 размыкаются, а ключи 9, 10, 13 замыкаются (фиг, 1, 3). На интервале ts-ta через ключи 9 от фазы С

5 трехфазной сети перезаряжается до напряжения Uc к моменту времени ta накопительный конденсатор 20. Нагрузки 14-16 своими другими (правыми по схеме фиг. 1) зажимами соединяются в общую точку трехфазным вентильным мостом 18с ключом 13 на выходе Конденсатор 19, заряженный в предыдущем интервале до напряжения UA к моменту времени , разряжается на интервале через ключ 10 на нагрузку 14, не меняя практически напряжения на своих зажимах. В результате на нагрузке 14 формируется вторая ступенька выходного налряжения

(ФИГ;3). : ;,. :

В моментta ключи 9, 10, 13 размыкаются, а ключи 5,, 11,12 замыкаются (фиг. 1, 3); На интервале t3-t4 через ключ 5 от фазы В перезаряжается до напряжения Uв к моменту t4 конденсатор 19. Нагрузки 14-16 вновь соединяются своими левыми зажимами в общую точку вентильным мостом 17 с к/1йч6м 12. Конденсатор 20, заряженный на интервале напряжения UA к моменту гз, разряжается на интервале t3-t4 через ключ 11 на нагрузку 14, формируя третью Ступеньку выходного напряжения (фиг. 3). В момент t4 ключи 5, 11, 12 размыкаются, а ключи 7, 10, 13 замыкаются (фиг. 1, 3). На интервале t4-t5 через ключ 7 от фазы А конденсатор 20 перезаряжается до напряжения ОА к моменту ts. Нагрузки 14-16 сое- Ди няютсй 6 пЬШидью моста 18 и ключа 13 правьгми зажимами в общую точку. Конденсатор 19, заряженный до напряжения UB к

JMOMeWry :t4, разряжается на интервале t4-t5 через ключ 10 ria нагрузку 14, формируя четвертую ступеньку выходного напряжения (фиг. 3). ; i; В MQMeHtts ключи 7, 10, 13 размыкаются, а ключи 6, 11, 12 замыкаются (фиг. 1,3). На интервале ts-te через ключ б tit фазы С Конденсатор 19 перезаряжается до на пря жения Ос к моменту te. Нагрузки 14-16 с помощью моста 17 и ключа 12 левыми зажимами соединяются в общую точку. Конденсатор 20, заряженный до напряжения UA к моменту ts, разряжается на интервале ts-te через ключ 11 на нагрузку 14, формируя пятую ступеньку выходного напряжения

(фИГ. . ) ; - - ;.:;V--- ;-;;- : : : -

В мбмёнт te ключи 6,11,12 размыкаются, а ключи 8, 10, 13 замыкаются (фиг. 1, 3). На интервале te-t через ключ 8 от фазы В конденсатор 20 перезаряжается до напряжения UB к моменту t. Нагрузки 14-16 с помощью моста 18 и ключа 13 правыми зажимами соединяются в общую точку. Конденсатор 19, заряженный до напряжения Uc кмоменту te. разряжается на интервале te-t через ключ 10 на нагрузку 14, формируя шестую ступеньку напряжения (фиг. 3).

В момент t ключи 8, 10, 13 размыкаются, ключи 4, 11, 12 замыкаются. Процессы в схеме начинают повторяться.

В описанных процессах конденсаторы 19, 20 заряжаются от трехфазной сети. Для

более ясного изложения процессов на диаграммах 19, 20 фиг. 3 пунктиром показаны кривые заряда конденсаторов в апериодическом режиме, что соответствует практическим режимам большинства случаев. Цепь заряда конденсатора 19, например, при замкнутом ключе 4 включает: вывод фазы А, ключ 4, конденсатор 19, вывод О. При замкнутом ключе 5; вывод фазы В, ключ 5, кон0 денсатор 19, вывод О. При замкнутом ключе 6: вывбд фазы С, ключ 6, конденсатор

19. вывод О. Аналогично для конденсатора

20. При замкнутом Ключе 7; вывод фазы А, ключ 7, конденсатор 20, вывод О. При зам5 кнутом ключе 8: вывод фазы В, ключ 8, конденсатор 20, вывод О. При замкнутом ключе 9: вывод фазы С, ключ 9; конденсатор 20, вывод , ; лУ .... Разряд конденсаторов 19, 20 Проходит

0 через нагрузку 14, вентильные мосты 17, 18 и ключи 12, 13 и особенностей не имеет.

Таким образом, в результате указанным переключением на нагрузке 14 формируется ступенчатая кривая выходного напряже5 ния по эпюре 14 фиг. 3. При этом в любой момент времени эта кривая образуется в результате разряда ранее заряженного накопительного конденсатора, который на интервале разряда полностью оторван от

0 питающей сети разомкнутыми ключами для конденсатора 19 или 7-9 для конденсатора 20/а на интервале заряда от фазных напряжений питающей сети полностью оторван от нагрузки разомкнутым ключом 10

5 для конденсатора 19 или 11 для конденсате- ра 20. Т.е. нагрузка всегда от ранее заряженного конденсатора, не связанного.с сетью. Другой конденсатор при этом заряжается и не связан с нагрузкой. Т.е. в любой,

0 момент времени нагрузка и питающая сеть оказываются не связанными между собой и их взаимное влияние отсутствует. Надежность работы нагрузки повышается и проникновение информации о режиме работы

5 нагрузки в питающую сеть исключается.

Изобретение осуществляется следующим образом. Принципиальные схемы полностью управляемых .ключей с двусторонней проводимостью 4-11 могут

0 быть выполнены на основе, например, двух встречно-параллельно включенных транзисторов или транзистора в диагонали постоянного тока диодного моста. Принципиальные схемы полностью управ5 ляемых ключей 12,13-на основе одиночных транзисторов в ключевом режиме. Что касается схем задающего генератора и логического блока, то их построение широко описано в многочисленных источниках и никаких особенностей не имеет.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Трехфазно-трехфазный преобразователь частот, содержащий три основных мо-

ста на ключах с двусторонней проводимостью, управляемых тремя груп- 5 нами сигналов К4-К9, К4|-К9/, , последовательно сдвинутыми между собой на угол 2я/3, причем входы этих мостов обра- зуюг входные выводыг преобразователя

подключения тГ к трёхфазной сети, два ТО трехфазных вентильных моста с полностью управляемыми ключами на их выходах, при ; чем входы одного из них образуют одни, а другого - другие выходные выводы преобразователи для подкйю ёния нагрузки,а так- 15 кё систему управления; вк/Уючайщую в себя последовательно связанные между собой задающей генератор, блок распределения импульсбв, выполненный на основе шести- разрядного кольцевого регистра, и форми- 20 рующий на своих выходах логические; сигналы Х1-Х6, прёдставлйюидиесо6Ь 1 лря- мбугольныё импульсы длительностью 60 зл, град.; сдвинутые между собой на 60 эл град., и логический блок, формирующий на 25 воих выходах для управленияключами реобразователя сигналы К10-К13, kl6V 1 V , , причем К10-К10 К10 К13 Х2ч-Х4+Х6, К1 Г К12 Х1+ХЗ+Х5, о т л и ч а ю щ и и с я 30

тем, что, с целью повышения надежности работы путем ослабления взаимного влияния формы кривой напряжения трехфазной сети на режим работы нагрузки и режима работы нагрузки на трехфазную сеть, допол- нит-ельно введены на каждую фазу преобра- зовйтеля два идентичных упомянутым поянобтью управляемых ключа с двусторонней проводимостью, через Kotopwe выходные выводы преобразователя подсоединены к выходным выводам основных трёхфазных мостов, и два накопительны х кхэндён с а т о р а, пё рвы ё о б кладки которых Нодклйчёны каждая к одному выходному выводу cOOTBeTctByro ero основного -грёхфазногб моста, вторые обкладки соединён между собой и с дополнительным входным выводом для подключения его к нулевому выводу трехфазной сети, а связь управляющих входов уНомянутых ключей основных мостов с выходными блок распределения импульсов определяется следуй щим образом:11 ( - - -кб кб й - хз;

-

К8 К9 К7 - Х6

.

/Г

/J

ULJlOU-XJ II II ill

Ц ts t ts --.

ЈП

:..-/.- t

rn

n

in

ГД.

.rnri r rn r

rn rt-i гт:j±i ггтгп

ri ri

i

mm

i-i FT m m r:t

ЈП

:..-/.- t

n

ГД.

ri r rn r

ri ri

i

i-i FT m m r:t