СТАТИЧЕСКИЙ ТРЕХФАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ В РЕГУЛИРУЕМУЮ ЧАСТОТУ Советский патент 1968 года по МПК H02M5/16 

Известен статический трехфазный преобразователь промышленной частоты в регулируемую частоту, содержащий три трехфазных трансформатора и магнитные усилители, управляемые от задающего генератора.

По эти преобразователи имеют очень сложную схему и узкий диапазон выходных частот.

Особенность предлагаемого преобразователя заключается в том, что первичные обмотки каждого трансформатора содержат две секции, к каждой из которых подключен один из указанных усилителей. Вторичные обмотки трансформаторов соединены в общую звезду, каждый луч которой образован последовательно соединенными тремя обмотками разноименных фаз трех трансформаторов. Это позволит упростить преобразователь и увеличить диапазон выходных частот.

Па чертеже представлена принципиальная схема преобразователя.

Преобразователь содержит многофазные трансформаторы 1, 2 и 3. Каждый трансформатор подключен к двум модуляторам 4 и 5, выполненным в виде трехфазных магнитных усилителей с внутренней положительной обратной связью по току, содержащих рабочие обмотки 6, обмотки смещения 7 и обмотки управления 8, управляемые специальным

задатчиком частоты 9. Каждый из трехобмоточных трансформаторов содержит две первичные обмотки 10 и 11 и вторичную обмотку 12. Все обмотки смещения 7 магнитных усилителей включены между собой последовательно и выполняют свою обычную роль - создают намагничивающую силу, направленную встречно намагничивающей силе рабочих обмоток. Обмотки управления 8 каждой

пары трехфазных магнитных усилителей, относящихся к одному трехфазному трансформатору, соединены между собой последовательно, образуя таким образом одну фазу трехфазного соединения цепи управления

дросселей насыщения, получающей питание от специального трехфазного задатчика 9 пониженной (по сравнению с частотой питающей сети) частоты.

При синусоидальном характере изменения тока управления в группе дросселей насыщения, относящихся к одному трехфазному трансформатору 1, амплитуда напряжения будет постепенно изменяться как на каждом

из дросселей насыщения, так и на первичных обмотках 10 и 11 управляющего трансформатора.

изменяться во времени по синусоидальному згжо«у, а частота и фаза будут определяться частотой и фазой тока в Последовательном соединении соответствующих обмоток управления своей группы дросселей насыщения.

Пусть, в соответствии со сказанным выше, трансформаторы управляются сигналами, пропорциональными соответственно sinQ, sin (Q -120°) и sin(fi -|-120°), а частота сети, к которой включены эти симметричные трехфазные трансфор маторы, равна ш. Тогда Э.Д.С., наводимая в отдельных фазах вторичной обмотки трансформаторов, будет определяться уравнениями:

трансформатора 1:

-Е. slniB/ . sin

.. / ечь (u)/-120°:

,„ sin (ш/-120°) sin 2/ e-ic, -Е, .„,sin(

120°) sin о t

Для трансформатора 2:

еча - Е sin ш / . sin (2 - 120) вж Е„ sin (u) ; - 120) sin (91 - 120) еус - E sin (u) t + 120) sin (Q t + 120)

Подставляя выражения 5 и 9 в 10 получаем

ei Е .sin со г sin 2 / + „

sin (со t - 120°) sin (2 / - 120°) + f sin (со / + 120°) sin (со t + 120°) (2 -f u)) / | cos (2 - со)/ - C03 (2 + CD) / - 240° 4- cos (2 (2 - ш)1 - 22

222

- uj) / - m COS (2 + со); - 120°

Подставляя выражения 2, 6 и 7 в 11 получаем

ец Е sin (со t - 120°) sin9. Mn (со t + 120°) sin (2 / - 120°) + E sin со г - sin (21 + 120°)

Sin (CO t - ) Sin У- г + „ eln (CO г + 12U-) sin (l t - V20) + L sin CO . si TL cos (2 - со) + 120° - % cos (2 + 0)) - 120° (2 - (o)/ - 240 - % cos (2 +

(2 - co) + 120° - % cos (2 + 0)) - 120° (2 - со)/ - 240

2222

-f ш)/ + (2 - cu) / + 120° - Ey cos (со 4- Q) t -f-120° - Е„,- cos (2 ш)/ + 120° (1 la)

222

Подставляя выражения 3, 4 и 8 в 12 пол5)чаем еш Е sin (со / -f 120°) sin 2 / -f Е sin ш / sin (2 t - 120°) + ,„ sin (со / - 120°) sin (2 / + 120°)

- cos (2 coj) / - (12a)

Из уравнений lOa, lla и 12a следует, что на выходе соединения вторичных обмоток 12 трансформаторов 1, 2 и 3 будет действовать трехфазная симметричная система напряжений частоты 0), равной разности частот питающей сети со и сигнала управления Q, генерируемого задатчиком частоты 9. Если частота Q управляющего сигнала изменяется в пределах 0 й Ймакс то это определит изменение частоты на выходе преобразователя (О-QMSKC u:). Если приемниками энергии являются асинхронные короткоза.мкнутые двигатели, то -примерно в тех же пределах будет изменяться скорость их вращения.

Для трансформатора 3:

sin(2 t + 120°)(7)

E sin (со t - 120°) sin (2 t + 120°) (8) 62. sin (со/ + 120°) sin (2 + 120°) (9)

Ha основании схемы взаимного включения фаз вторичных обмоток 12 трансформаторов У, 2 и 5 можно установить,- что результирующая э.д.с на последовательном соединении одной груп1пы вторичных обмоток трансформаторов Й2Х2, bzyz и С2 2 будет 61 3 t.2a + 26 +

(10)

ezc

на последовательном соединении другой группы вторичных обмоток трансформаторов

(1) (2) (3)

, C2Z2, (12X2 будет ец - е2Ь + е2с +

(11)

и на последовательном соединении третьей группы вторичных обмоток

(4) (5) (6)

C2Zi, , &2 г/2 э.д.с. будет ет е2с + -Ь е2а + (12)

(2-c«)

Если в соответствии с принципиальной схемой преобразователя меняется чередование фаз на входе трехфазного задатчика частоты с ПОМОЩЬЮ переключателя 13, то изменится также и последовательность фаз на выходе этого трехфазного задатчика частоты 9. Пусть после такого изменения порядка следования фаз трансформаторы 1, 2 н 3 управляются сигналами, пропорциональными соответственно sinQt, sin(Q/-fl20°) и sin(Q;-120°). Тогда э.д.с., наводимые в отдельных фазах вторичной обмотки трансформаторов, будут определяться следую1цими уравнениями. Для трансформатора 1: f/2o smQt U-ib E sin (to / - 120°) sin Q t Uzc E . sin (o) t + 120°) sin 21 Для трансформатора 2 f/2a « sfn Ш / sin (91 + 120°) t/2u „ sin (со - 120°) sin (O г + 120°) Uzc E sin (со t + 120°) sin (21 + 120°) + Uzb- + sin U) на и на последовательном соединении третьей f/iji ty2r + f/2« + - E sin (со t -I-120°) s - 120°) sin (o) - 120°) Уравнения 22, 23 и 24 получены так же, как и уравнения 10а, ila и 12а на основе известного соответствия разности косинусов различных аргументов удвоенному произведению синуса полусуммы на синус обратной полуразности. Из уравнений 22, 23 и 24 следует, что в данном случае на выходе соединения вторичных обмоток 12 трансформаторов 1, 2 и 3 будет действовать трехфазная симметричная система налряжений частоты , равной сумме частот питающей сети ы « сигнала управления Q, генерируемого задатчиком частоты 9. Есл.и плавно регулируемая частота 2 управляющего сигнала изменяется в пределах ,aKc, то это определит плавное изменение частоты на выходе преобразователя в пределах после указанного выше изменения порядка следования фаз на выходе трехфазного симметричного задатчика частоты 9. Если учесть, что до этого изменения порядка следования фаз на выходе задатчика частоты 9 при тех же .пределах изменения частоты задатчика частота 0)2 на выходе преобразователя изменялась в пределах , то становится ясно, что предлагаемый здесь порядок изменения следования фаз задатчика частоты позволяет расширить в два раза пределы плавного регулирования частоты на выходе преобразователя со- Сй2(0+ймакс(13) (14) (15)5 (16)10 (17) /1о

(22)

(23) sin (ш / + 120°) + Е„ sin (со / + 120°) sin (Q - 120°) - - cos (Q - c«) i последовательном соединении другой труппы вторичных обмоток , , будет {/и Uzb + f/2c + Е„ sin (ш t - 120°) Sin О z + Е„, sin (со + 120°) sin (21 + 120°) + + „ Mn (О Ь gin (21 - 120°) - - ,„ cos (S + со) - 120° Для трансформатора 3 sin (ii t - 120°)(19) Uzb E sin (со t - 120°) sin (21 - 120°)(20) t/2c E sin (o) + 120°) sin (Q t - 120°)(21) Ha основании схемы взаимного включения фаз вторичных обмоток трансформаторов можно установить, что результирующая э.д.с. на последовательном соединении нервой группы вторичных обмоток трансформаторов и С2 ZU будет sin fi i 4- sin («i - 120°). пы вторичных обмоток , и будет + „ Sin (U г sin (2 / + 120°) + ,„ sin (со t -f«cos(2. )г; + (24) Обмотка управления 8 в магнитных усилителях 4 и 5 предлагаемого статического преобразователя частоты сцеплена одновременно с тремя фазами рабочих обмоток 6, что позволяет, исключив наведение э.д.с. питающей сети в цепи управления, приблизить к синусоидальной форму кривой тока управления и расширить тот диапазон частот управления, который обеспечивает практически синусоидальную форму кривой огибающей амплитуды напряжения на рабочих обмотках магнитных усилителей 4 и 5, а следовательно, и на вторичных обмотках 12 трехобмоточных трансформаторов 1, 2 и 3. Известно, что при частотном регулировании асинхронных короткозамкнутых двигателей вместе с регулированием частоты необходимо регулировать напряжение па зажимах управляемого асинхронного двигателя. В предлагаемом статическом преобразователе частоты амплитуда напряжения на зажимах двигателя будет зависеть от амплитуды управляющего сигнала, задаваемого трехфазным задатчиком частоты 9, и поэтому может регулироваться с его помощью. Если в качестве задатчика частоты 9 использовать асинхронную машину с контактными кольцами, то напряжение малой частоты, снимаемое с контактных колец, могло бы регулироваться изменением напряжения статора такой машины. Таким образом, изменяя как частоту, так и величины напряжения трехфазного задатчика частоты (имеющего мощность, во много раз меньшую мощности приводных асинхронных двигателей), с помощью предлагаемого статического трехфазного преобразователя частоты, можно 1плавно регулировать частоту сравнительно мощных асинхронных короткозамкнутых двигателей. Отсутствие промежуточного звена .постоянного тока в предлагаемом преобразователе частоты позволит передавать через него необходимую реактивную мощность. Направление вращения управляемых асилхронных короткозамкнутых двигателей изменяется при чередований фаз трехфазного напряжения сети, подаваемого на обмотки 10 и 11 трехфазных трансформаторов 1, 2 и 3.

Предмет изобретения

Статический трехфазный преобразователь промышленной частоты в регулируемую частоту, содержащий три трехфазных трансформатора и магнитные усилители, управляемые от задающего генератора, отличающийся тем, что, с целью упрощения и увеличения, диапазона выходных частот, первичные

обмотки каждого трансформатора содержаг две секции, к каждой из которых подключен один из указанных усилителей, а вторичные обмотки трансформаторов соединены в общую звезду, каждый луч которой образован последовательно соединенными тремя обмотками разноименных фаз трех трансформаторов.

о i