ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ СО ЗВЕНОМ ПОСТОЯННОГОТОКА Советский патент 1970 года по МПК H02M5/42 H02M7/72 

Известен преобразователь частоты со звеном постоянного тока, содержащий силовые и вспомогательные вентили для компенсирования реактивной энергии н выходной трехфазный трансформатор с. первичными и вторичными обмотками. Однако такой преобразователь частоты не обеспечивает широкого частотного дианазона и имеет низкий к.н.д.

Предложенный преобразователь частоты отличается от известного тем, что трансформатор снабжен дополнительными фазными обмотками, подключенными к группам из двух встречно-параллельно соединенных вспомогательных вентилей.

Дополнительные фазные обмотки соединены в звезду.

Каждая фазная дополнительная обмотка выполнена из двух секций, причем каждая секция одной фазной дополнительной обмотки соединена последовательно с секцией другой фазной дополнительной обмотки, образуя.три группы из секций фазных дополнительных обмоток.

Такое выполнение преобразователя частоты позволяет расширить частотный диапазон и повысить к.п.д.

трансформатора; на фиг. 3 - эпюры токов и напрялсений.

Преобразователь частоты содержит силовые /-12 и вспомогательные 13-18 вентили для компенсирования реактивной энергии и выходной трансформатор 19 с первичными 20--22 и вторичными 23-25 обмотками. Кроме того, трансформатор снабжен дополнительными фазными обмотками 26-28, соединенными в

звезду и подключенными к группам из двух встречно-параллельно соединенных в(помогательных вентилей 13 и 14, 15 и 16, 17 и 18. Каждая дополнительная фазная обмотка выполнена из двух секций 29 и 30, 31 и 32, 33 и

34 так, что, например, секция 30 соединена последовательно с секцией 31. Аналогично соединены и остальные секции, в результате чего образуются группы из секций 30 и 31, 32 и 33 и 34 и 29.

Принцип работы преобразователя основан на том, что при многофазной нагрузке 35 в любой момент времени по крайней мере одна из фаз потребляет энергию, в то время как другая (или другие) фаза должна отдавать

ее. На фиг. 3 показаны кривые изменения напряжения, токов и энергии в трехфазной нагрузке при прямоугольной форме выходного напряжения (заштрихованные плошади - это энергия, которая отдается фазами) для грузки, при одной из которых,фазы поочередно отдают энергию (S), а при другой - есть моменты времени (от /ц до ь от t до з и т. д.),.когда одновременно должны отдавать энергию две фазы (S), а потребляет энергию только одна фаза. Реактивная энергия не возвращается обратно в сеть, а передается в фазы нагрузки 35, потребляющие энергию. При этом схемы преобразователя для случая, когда энергию отдает одна фаза (высокий cos фа) и одновременно две фазы (низкий cos фн) отличаются друг от друга. На фиг. 1 приведена схема преобразователя для случая высокого cos фн Форма напряжения в каждой фазе преобразователя прямоугольная, т. е. соответствует показанной на фиг. 3. При принятом соединении обмоток трансформатора 19 в заезду усложняется форма кривых напряжения (фазные напрялсения имеют ступенчатую форму) и затрудняется рассмотрение принципа работы схемы, однако -суть работы схемы компенсации не меняется. В момент времени (о напряжение UA в фазе А преобразователя, т. е. на обмотке 20, инвертируется. Перед этим положительный потенциал этого напряжения был приложен к концу обмотки 20. При инвертировании напряжения на обмотках 20, 26 и 23 .под действием индуктивности аагрузки 35 наводится э.д.с., положительный потенциал которой приложен к началу этих обмоток, обозначенному точкой. :В момент 0 открызается вентиль 13 и ток под действием возникающей э.д.с. протекает от начала обмотки 26 через вентиль 13 и обмотку 28 к ее концу (на фиг. 3 напряжение в этот момент времени положительно, т. е. его плюс на начале обмотки 28). Если ранее энергия отдавалась в сеть, то теперь она отдается в фазу нагрузки 35, а потребление энергии этой фазы из сети в промежуток времени уменьшается. Следующее переключение (фиг. 3) происходит :в фазе С в момент времени 2- От действия индуктивности нагрузки 35 возникает э.д.с., положительный полюс которой на конце обмотки 28. Открывается вентиль 17 и через него и обмотку 26 от конца к началу (напрялсение источника приложено к этой обмотке также от конца к началу) энергия передается в фазу В нагрузки. По прекращении протекания этого тока вентили 13-78 узла компенсации закрываются. Таким образом, за время периода выходного напряжения .по одному разу работают все шесть вентилей в очередности 13, 17, 16, 14, 18 и 15, которая повторяется от периода к периоду, и построение схемы управления для узла компенсации не вызывает затруднений. 4. :::;sii временном включении обмоток Двух фаз на третью (фиг. 1) создаются короткозамкнутые контуры, или необходима установка дополнительного комплекта (шести) управляемых вентилей. Схема преобразователя с шестью управляемыми вентилями (фиг. 2) может работать как при высоких, так и низких коэффициентах мощности. При помощи гальванически развязанных друг с другом контуров, реактивная энергия одцой фазы может отдаваться в одну из других фаз многофазной нагрузки 35, причем одновременно могут отдавать энергию две фазы. Панример, при переключении в момент временило от наведенной в обмотке 30 фазы А э.д.с. (пололштельный полюс в начале обмотки) .при открывшемся вентиле 15 ток протекает через обмотку 31 в направлений, противоположяом направлению напряжения фазы В (фиг. 3), и реактивная анергия фазы А передается в фазу В. Затем в момент времени tz происходит переключение напряжения в фазе С, ток от возникающей в обмотке 34 э.д.с. (пололсительный полюс на конце обмотки 34) при открывшемся вентиле 13 протекает через обмотку 29 фазы А, и так как вентиль 15, открывший(я в момент времени t, еще, не закрыт, то энергия фазы С также в 1ромежуток времени передается в фазу В. В момент 3 вентиль 15 закрывается, и реактивная энергия фазы С передается в фазу Л. При следующем переключении в фазе В аналогично осуществляется передача накопленной в нагрузке этой фазы реактивной энергии в фазу А. Таким образом, при помощи приведенного на фиг. 2 узла компенсации осуществляется компенсация реактивной энергии нагрузки 35 при любых значениях cos фц. При этом в схеме возможны отклонения формы токов и напряжений от приведенных на фиг. 3, однако они не сказываются на принципе работы преобразователя. Узел компенсации может работать при любой форме напряжения на выходе преобразователя - синусоидальной, ступенчатой, при работе инвертора (вентили 7-12) в режиме широтно-импульсной модуляции и т. д. В предлагаемом преобразователе отсутствуют циркуляция реактивной энергии через все его звенья и дополнительные потери Б них. Он обладает высоким к.п.д. Кроме того, в преобразователе легко производится согласование напрял ений вентилей 13-18 узла компенсации с напряжением нагрузки 35 н преобразователя (в качестве- этих вентилей можно использовать как тиристоры, так и транзисторы) и отсутствует гальваническая связь между агрузкой 35 и переключающими элементами. Предмет изобретения 1. Преобразователь частоты со звеном потоянного тока, содержаш.ий силовые и вспоогательные вентили для компенсирования еактивной энергии и выходной трехфазный рансформатор с первичными и вторичными обмотками, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона к повышения К.П.Д., трансформатор снабжм дополнительными фазными обмотками, подключенными к группам из. двух встречно-параллельно соединенных вспомогательных вентилей. 2. Преобразователь частоты по i. 1, отличающийся тем, что дополнительные фазные обмотки соединены в звезду. 3. Преобразователь частоты пэ п. 1, отли чающийся тем, что каждая фазная дополнительная обмотка выполнена из двух -секций, причем каждая секция одной фазлой дополнительной обмотки соединена последовательно с секцией другой фазной дополнительной обмотки, образуя три группы из секций фазных дополнительных обмоток.

22 С

3/, A

c/c J

43- t

Фиг. 3