Устройство для преобразования частоты Советский патент 1993 года по МПК H02M5/27 

ы

Ё

Использование: для преобразования частоты переменного тока по принципу преобразования биений напряжения. Сущность изобретения: устр-во содержит источник биения напряжений в виде каскадного преобразователя (1), состоящего из двух асинхронных машин (2, 3), первичные обмотки (4,5) которых подключены к сети (6), а вторичные (7, 8) состоят из секций (9 - 14). Вентильный коммутатор (15) состоит из тиристоров (19 - 54). В блоке (55) выделяется несущая частота, а в распределителе (56) сигналов управления - исходная переключающая функция, согласно которой производится естественная коммутация тиристоров (19 - 36) и со сдвигом 180° - тиристоров (37 - 54). 2 ил., 4 табл.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для преобразования частоты переменного тока по принципу преобразования биений напряжения, например, в бесконтактных системах возбуждения мощных турбо- и гидрогенераторов.

Целью изобретения является повышение качества формы выходных напряжений и токов.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема преобразователя частоты; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя.

Преобразователь частоты содержит источник биения напряжений, выполненный в виде каскадного преобразователя 1, состоящего из двух трехфазных асинхронных машин 2, 3, сидящих на одном валу с приводным двигателем (не показан), первичные обмотки 4, 5 первой 2 и второй 3

машин подключены к питающей сети 6, вторичные обмотки 7, 8 первой 2 и второй 3 машин состоят из трех одинаковых трехфазных секций 9. 10, 11 и 12, 13, 14 соответственно, вентильный коммутатор 15, состоящий из трех групп 16, 17, 18 встречно-параллельно включенных тиристоров 19-54, к входам групп 16-18 тиристоров 19- 54 вентильного коммутатора 15 присоединены начала всех фаз an, bit, en; 321. bai, cai, аз1, Ьз1, сз1 трехфазных секций 9, 10, 11 вторичной обмотки 7 первой машины 2, концы фаз трехфазных секций 9, 10,11 вторичной обмотки 7 первой машины 2 соединены с началами фаз одноименных трехфазных секций 12. 13, 14 вторичной обмотки 8 второй машины 3, причем в первых секциях 9, 12 соединены между собой первые аи, 312, вторые bn, bi2 и третьи cu, C12 фазы, во вторых секциях 10,13- первая 321 с третьей С22, вторая b2i с первой 322 и третья С21 со

00

со со ю ел

00

второй D22 фазами, в третьих секциях 11, 14 - первая аз1 со второй Ьз2, вторая Ьз1 с третьей сз2 и третья сз1 с первой аз2 фазами, блок 55 выделения несущей частоты, выход которого соединен с входом распределителя 56 сигналов управления, выходы которого подключены к управляющим электродам тиристоров 19-54 вентильного коммутатора 15, и трехфазную нагрузку 57, подключенную к выходам всех групп 16-18, тиристоров 19-54 вентильного коммутатора 15,

Трехфазная нагрузка 57 выполнена разделенной на две одинаковые секции 58, 59, причем выводы каждой фазы А1, В1, С1 первой секции 58 нагрузки 57 присоединены к первым выходам соответствующих групп 16-18 тиристоров 19-54 вентильного коммутатора 15, а концы фаз А1, В1, С1 первой секции 58 нагрузки 57 объединены, концы каждой фазы А2, 82, С2 второй секции 59 нагрузки 57 подключены ко вторым выходам соответствующих групп 16-18 тиристоров 19-54 вентильного коммутатора 15, а начала фаз А2, 82, С2 второй секции 59 нагрузки 57 объединены, концы фаз трехфазных секций

laA Iai2 + UH EMsin ftJHtcos wet IbA 1ы2 + Ib11 EMsin(ftAHt - 120°)cos W6t IcA IC12 + 1с1.1 EMsln(uW - 240°)cos ftJet laB Ib22 + 1с21 EMsin o Htcos(ft 6t-1200) IbB IC22 + 1а21 EMsin()cos(ofct-120°) IcB Ia22 + Ib2i (ft;Ht-2400)cos(r/ttt-2400) laC IC32 + Ib3i EMsin fUHtcos(6tf6t-240°) IbB Ia32 + 1с31 EMsin(MHt-120°)cos(ft«t-2400) laC 1ьз2 + 1а31 ( ft Ht-240°)cps(ft it-2400)

Здесь

laAicC - суммарная ЭДС соответствующих фаз;

1а11....,1с31 ЭДС соответствующих фаз первой машины 2;

Iai21с32 - ЭДС соответствующих фаз

второй машины 3;

Ем - амплитудное значение ЭДС;

&Л) - несущая частота

од - частота биений.

Эти ЭДС можно получить, если одна из машин (например, первая машина 2) работает в режиме электромагнитного тормоза, а вторая машина 3 - в режиме генератора (см.

0

5

0

5

12, 13, 14 вторичной обмотки 8 второй машины 3 объединены - первая фаза ai2 первой секции 12 со второй фазой 022 второй секции 13 и с третьей фазой сзг третьей секции 14, вторая фаза bi2 первой секции 12 с третьей фазой С22 второй секции 13 и с первой фазой аз2 третьей секции 14, третья фаза С12 первой секции 12с первой фазой аза второй секции 13 и со второй фазой Ьз2 третьей секции 14, а входы блока 55 выделения несущей частоты присоединены к началам фаз аи, Ьи, си вторичной обмотки 7 первой машины 2, (Выделение несущей частоты может быть осуществлено и другим способом, например, аналогично описанному в а.с, СССР № 1046839, фиг. 2).

Преобразователь частоты работает следующим образом.

Первичные обмотки 4, 5 трехфазных асинхронных машин 2, 3 подключены к питающей сети 6 таким образом, чтобы вращение создаваемых ими полей осуществлялось в противоположных направлениях, Тогда нат выходах всех фаз вторичных обмоток 4,5, соединенных между собой наводятся суммарные ЭДС:

(фиг. 2a)

(фиг.2б)

(фиг.2в)

Теория и методы расчета асинхронных турбогенераторов. Под ред. И.М. Постникова. - Киев: Наукоеа думка; 1977, с. 115- 118).

Биения напряжений поступают на входы блока 55 выделения несущей частоты, в результате чего на его выходе, а следовательно, и на входе распределителя 56 сигналов управления выделяются напряжения несущей частоты (фиг. 2г). Выделение несущей частоты осуществляется аналогично описанному в кн. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: Советское радио, 1971 г., стр. 195.

В распределителе 56 сигналов управления из напряжений несущей частоты вы- деляется исходная переключающая функция (фиг. 2д,е,ж,з,и,к), сигналы которой подаются на входы тиристоров 19-54, причем на тиристоры 19-36 (фиг. 2д,е,ж) и 37-54 (фиг. 2з,и,к) сигналы подаются в про- тивофазе, т.е. со сдвигом на 180°. Выделение исходной переключающей функции осуществляется аналогично описанному в книге Л. Джюджи, Б. Пелли Силовые полупроводниковые преобразователи частоты, - М.: Энергоатомиздат, 1983 г., стр. 52.

В течение одного периода модулирующего напряжения низкой частоты сигналы управления на тиристоры 19-36 подаются

в мометы времени в, 9з, в$6Ьб (фиг. 2д,

2е, 2ж), а на встречно включенные тиристоры 37-54 - в моменты времени ft, OA, $,..., $36 (фиг, 2з, 2и. 2к). Коммутация тиристоров показана в табл. 1-4.

В моменты перехода тока нагрузки через нуль коммутация тиристоров происходит автоматически, согласно показанному в табл.2.

В моменты перехода тока-через нуль коммутация тиристоров происходит автоматически, согласно показанному в табл. 4.

В результате такой естественной коммутации тиристоров 19-54 вентильного коммутатора 15 на первой секции 58 трехфазной нагрузки 57 появляется напряжение: на фазе AI - UAI (фиг. 2л), на фазе В1 - UBI (фиг. 2м), на фазе Ci - Uci (фиг. 2н), и через фазы первой секции 58 будет протекать ток, первая гармоника которого показана на фиг. 2н. На второй секции 59 трехфазной нагрузки 57 появляется напряжение: на фазе А2 - UA2 (фиг. 2р), на фазе В2 - UB2 (фиг. 2с), на фазе С2 - Uc2 (фиг. 2м), и через фазы второй секции 59 будет протекать ток, первая гармоника которого показана на фиг. 2у.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить качество формы кривых выходных б напряжений и токов за счет потенциального разделения обмоток источника биения напряжений и разделение нагрузки на две одинаковые секции, причем поскольку одноименные фазы каждой секции нагрузки магнитосвязаны между собой и подключены таким образом, что мгновенные значения выходных токов в них совпадает по направлению, то создается намагничивающая сила, равная удвоенному значению намагничивающей силы каждой обмотки. При этом первые высшие гармоники пульсаций напряжения в обеих секциях сдвинуты по фазе на 180°, что и

приводит, благодаря электромагнитной связи, к увеличению намагничивающей силы обмоток.

Формула изобретения

Устройство для преобразования частоты, содержащее источник биения напряжений, выполненный в виде каскадного преобразователя, состоящего из двух трех0 фазных асинхронных машин, сидящих на одном валу с приводным двигателем, первичные обмотки обеих трехфазных асинхронных машин подключены к входным выводам, подсоединяемым к питающей се5 ти, вторичная обмотка каждой трехфазной асинхронной машины состоит из трех одинаковых трехфазных секций, а также вентильный коммутатор, состоящий из трех групп встречно параллельно включенных

0 тиристоров, к входам этих групп тиристоров присоединены начала всех фаз трехфазных секций вторичной обмотки первой трехфазной асинхронной машины, концы фаз трехфазных секций вторичной обмотки первой

5 трехфазной асинхронной машины соединен с началами фаз одноименных трехфазных секций вторичной обмотки второй трехфазной асинхронной машины, причем в первых секциях соединены между собой первые.

0 вторые и третьи фазы, во вторых секциях - первая с третьей, вторая с первой и третья с второй фазами, в третьих секциях - первая с второй, вторая с третьей и третья с первой фазами, .блок выделения несущей

5 частоты, выход которого соединен с входом распределителя сигналов управления, выходы которого подключены к управляющим электродам тиристоров вентильного коммутатора, и трехфазный электромагнит0 ный узел, подключенный к выходам всех групп тиристоров вентильного коммутатора, отличающееся тем, что, с целью снижения искажений выходных напряжений и токов, упомянутый электромагнитный

5 узел выполнен разделенным на две одинаковые и магнитосвязанные между собой секции, причем начала каждой фазы первой секции этого узла присоединены к первым выходам соответствующих групп тиристо0 ров вентильного коммутатора, концы фаз первой секции узла объединены,концы каждой фазы второй секции узла подключены к вторым выходам соответствующих групп тиристоров вентильного коммутатора, начала

5 фаз второй секции электромагнитного узла объединены, концы фаз трехфазных секций вторичной обмотки второй трехфазной асинхронной машины объединены - первая фаза первой секции с второй фазой второй секции и с третьей фазой третьей секции,

вторая фаза первой секции с третьей фазой второй секции и с первой фазой третьей секции, третья фаза первой секции с первой фазой второй секции и с второй фазой

третьей секции, а входы блока выделения несущей частоты присоединены к началам фаз вторичной обмотки первой трехфазной асинхронной машины.

Таблица 1

Таблица 2

н

03 О1

S

s

.P ш

-b.

H

01

en

Э

s J

OJ CJ

(7 /(7 ffcС

M

вго вг}

Фиг. 2s

Ј

Bis

H-I-J..I

ЬЧ

t.

I

m

V

ш

Gs

i i dm

i

9/5

/b,.r V .

-ЈL

1

iXU-4t1-J

III I I Фиг. 23

Ы

I I

.e

i

ti

&30

Sx

Фи1.2н

ei

Физ.2о

i

i mr T

t

I

ttf

ttu

bUL

Јjfe

i i i

-к-Ш

i

fl

Ы4

I IT

j . ®игЦ

I t

Wffffl

i 1.1

v«i

i | , ;ш i I i I .

i-fttrttf iiU i

fe iftl вв в« Л л A« u la.. .- I.- u

Htt

ft e« л U Wtte L W w Uebe л, IdJfcTfcSwkll,

0М22Г.

.Jer.,г

I

ttf

ttu

bUL

Јjfe

j . ®игЦ

I t

Wffffl

i I i