Преобразователь частоты Советский патент 1978 года по МПК H02M5/16 

1

Изобретение относится к технике преобраарвадия nepelvieHHoro тока одной частоты в , переменный ток другой частоты с применением ферромагнитных элементов и может быть использовано в устройствах автоматики и телемеханики, в частности для питания элект{ических рельсовых цепей на железнодорожном транспорте.

Известны преобразователи частоты на базе ферромагнитных элементов и параметрических депитепей частоты, используемые для получения. сшгуроидальнргд напряжения с чао тотой субгармони, а также с частотой, превьпиающей частоту источника накачки l Кроме того, известны непосредственные

вентильные преобразователичастоты, поЪт роенные на базе управления вентильных ячеек, собранных в токосборнике группы, формирующие разноименные полуволны тока на груаки 2J, Щ 4 .

Недостатками преобразователе частоты на базе ферромагнитных к параметрических элементов являются сложность схемы, большие вес и габариты устройства, необходимость при генерации некоторых субгармоник

специальных стартовых Схем, обеспечивающих так называемые ударное возбуждение либо гармоническую синхроннзацию колебаний на выходной частоте, необходимость в устройстве выпрямителя, шунтированного сравнительно сложным фильтром, специально мощной

: цеци искусственной коммутации управляемых вентилей, уступающей, как известно, по надежности, габаритам и т.д. схемам с есгесрвенной коммутацией, а также цепи подмагни-

: чивания делителя частоты с защитным фипьт ром, предотвращающим замыкание тока накачки делителя через источник питания этой

;Цепи; кроме того, в таком устройстве отсутствует синхронизация частоты питающей с&ти и выходной частоты.

К недостаткам непосредственных преобразователей частоты с естественной коммутацией следует отнести невозможность првыше;ния выходной частоты, верхняя граница которой при любом законе изменения угла регулирования вентилей не превышает половины частоты питающей сети, тогда как в практике необходимо иметь частоты, например 334или 66 Гц, синхронизированные с промышле- Ф ной частотой однофазной питающей сети. При повышении кратности, деления частоты н фор мирования попожигепьной и отрицательной полуволн тока нагрузки, например пузвм соз Дания пауз между полуволнами, сушесгвенно ухудшается форма кривой выходного напряжения преобразовагепя, что требует допоп- нительных мер для приближения ее к скнусриде. Наиболее близким по технической сутднос ти к изобретению является преобразова1«ль частоты, содержащий индуктивный параметри ческий генератор, входные обмотки которого через полупроводниковый преобразовательный .6/IOK подключены к зажимам питающей сети, а выходные - к аажимам однофазной нагруз ки, и систему управления преобразовательным блоком , Предлагаемое устройство огпи шется от .известного тем, что входные обмотки ин дуктивного параметрического генератора через управляемые вентили., включенные по двухтактной схеме, связаны с зажимами питающей сети через две цепи, одна из которых вместе с системой управления подкшо чена к сети непосредственно, а другая через фазовращатель, обеспечивающий между токами входных обмоток сдвиг фаз на 90° Это отличие позволяет получить частоть, некратные частоте питающей сети, и упростить устройство. Предлагаемое устройство prntraaercH or прототипа также и тем, .го индуктивный параметрический генератор выполнен без специальной обмотки подмагничивания. Это позволяет расширить диапазон выходных чао тот синусоидальной формы - На фиг, 1 показана принципиальная элект рическая схема преобразователя с выходной частотой iH- или-; на фиг, 2 диаграммы токов и напряжений в основных точках Ьхемы фиг. IjHa фиг. 3- принципиальная электрическая схема преобразователя с.-выходной частотой 1, 3321 j или O, на фиг. 4 - диаграммы токов и напряжений в основных точках схемы фиг, 3, На фиг, 1-4приняты условные обозначения: 1 - источник питания частотой 2 - управляемые йентили; 3 - система управления вентилями с заданной частотой4 - индуктивный параметрический генератор (ИПГ) с выходно а частотой± J 5 - фазовращатель:Tj,. упраБ,(1яемые вентили и импульсы их управления (см, фиг, 2, 4). - напряжение источника питающей iu,l.ul ir - соответственно ток накачки н и,D , ИПГ и выходное напряжение преобразователя частоты в режиме главного; первого и второго параметрического резонанса ИПГ; Tfi период частоты питающей сети. Устройство работает следующим образом. В преобразователе частоты (см. фиг. 1, 2) управляемые вентили T и Т включаются nq двухтактной схеме последовательно по разрешающему сигналу системы управления 3, синхронизированной напряжением питающей сети 1, как это показано на фиг, 2. Индуктивный параметрический; генератор 4 выполнен без обмотки подмагничивания, что дает возможность наиболее -просто исполь зовагь его в трех режимах генерации выходной частоты и. Тем самым, расширить диапазон час тог на выходе преобразователя. Форма тока иак&чки во входных сймотках ИПГ выбирается в зависимости от режима генерации. Во . входных обмотках ИПГ управляемьми вентилями формируются либо однополярные, либо разнополярные полуволны тока накачки с за данной частотой , устанавливаемой системой управления 3. При делении частоты тока накачки пополам этот ток формируется однопо- лярным (KjpHBaHJ фигг 2), при этом в контуре ИПГ возникает так называемый главный параметрический резонанс. При разнополярном токе накачки (кривые фиг. 2 и фиг, 4) и определением- выбора параметров ИПГ в его контуре возникают колебания (кривые lT.j частоте либо равной частоте{д системы 3 ( первый параметрический резонанс), либо в два раза превыщающей эту частоту (второй параметрический резонанс). Формирование полуволн тока накачки, кроме отмеченного последовательного включения соответствующих управляемых вентилей, может осуществляться чередованием включения концов соответствующих входных обмоток ИПГ (см, фиг, 1 и З). Формирование симметричного тока накачки ИПГ частотой О,6661„(33 Гц при f 50 Гц) в отличие от рассмотренного выще осуществляется от двух напряжений, сдвинутых между собой с помощью фазовращателя 5 на ЭО как показано на фиг. 4 (кривые ) В этом случае на выходе преобразовагеля (см, фиг, 3) может быть получено напряжение частотойО.бб или 1,332 i (кривые И фиг. 4), Сопротивления п в схеме фиг, 3 необходимы для улучщения режимов работы вентилей. Система управления 3 может быть выполнена, н.апример, на триггерных или кольцевых счетных схемах на базе полупроводниковых или магнитных элементов. При однофазном источнике питания выходная частота в зависимости от вхолноЯ часгОты определяется по выражению

где (j - продолжительность паузы в радиамах между положительной и отрицательной полуволнами или между соседними полуволнами гока накачки ИПГ; ш коэффициент, равный единице при работе ИПГ в режиме главного и первого параметрического резонанса, .и двум - в режиме, второго параметрического резонанса. Из приведенной формулы следует, что при питании от источника промь шленной частоты на выходе дреобразовагедя часгогы наиболее просто могут быть получены следую1щие частоты, в Гц:бб,6;5О 33,3,25116,6) 12,5510;8,35; 6,25;3,125, Отношение часгогы питаю1цей сети и выходной частоты может быть как кратным, так и иррациональным числом.

Преобразователи частоты предлагаемой конструкции не реагируют на короткие замыкания в нагрузке, имеюг достаточно жесткую внешнюю характеристику, в выходном напря- женин содержат незначительный состав не четных гармоник, позволяют существенно расширить диапазон выходной частоты и обладают стабильностью выходного напряжения25 и синхронностью его частоты с частотой питающей сети. Внедрение таких преобразователей, например, в рельсовых цепях систем железаодорОй ной автоматики и телемеханики,даст ощутимый экономический эффект, главным образом, за счет повышения устой ивости работы цепей при пониженном сопротивлении балласта рельсовой линии. ,

Формула изобретения

1.Преобразователь частоты, с;одержпшнй индуктивный п-чраметрнческий генератор, входные обмотки KOTOpoio через полупроводниковый преобразовательный блок подключены к .зажимам питающей сети, а выходные - к

зажимам однофазной нагрузки, и систему управления преобразовательным блоком, о г л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью получения частот, некратных частоте титак щей сети, и упрощения, входные обмотки индуктивного параметрического генератора через управляемые вентили, включенные по двухтактной схеме, свйзаны с зажимами питающей сети через две цепи, одна из которых вместе с системой управления подключена к сети непосредственно, а другая - через фазовращатель, обеспечивающий между токами входных обмоток сдвиг фаз на .

2,Преобразователь частоты по п. 1, о тличающийся тем, что, с целью расширения диапазона выходных частот синусовдальной формы, индуктивный параметрический генератор вьшолнен без специальной обмотки подмагничивания. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1.Патент США № 2445857, кл. 3215, 1948. 2.Авторское свидетелв стио СССР № 255399, кл. 21 d 14/Ol, 1907. 3.Авторское свидетельство СССР N2 319085, кл. Н ОЗ К 23/10 ,1971. 4.Иньков 10. М. Вентильные преобразователи, ИнформэлектрО, 1974, с. 64.