Статический удвоитель частоты Советский патент 1979 года по МПК H02M5/16 

Предлагаемое изобретение относится к области статических вентильных преобразователей частоты и может быть использовано как источник питания, в частности электродвигателей повышенной частоты.

Известен статический удвоитель частоты,состоящий из двух выпрямительных мостов, подключенных соответственно к источникам переменных напряжений, смещенных по фазе относительно друг друга на 90° и фильтров на выходе, разделяющие постоянную и переменную составляющие выходного тока 1.

Удвоение частоты такого преобразователя основано на разделении постоянной и переменной составляющих выпрямленного тока двух выпрямителей-с входными напряжениями, сдвинутыми по фазе на 90°, работающих на нагрузку во встречном режиме. При этом переменные составляющие выпрямленного напряжения подаются на нагрузку через разделительные емкости и, будучи встречными в нагрузке, проявляются в ней в виде напряжения удвоенной частоты по сравнению с частотой источников питания.

Постоянная составляющая отделяется от потребителей удвоенной частоты индивидуальным дросселем. Известно, что в таких схемах выпрямления постоянная составляющая тока в 1.5 раза превышает ток удвоенной частоты и не используется полностью в реальных потребителях, а чаще гасится на балластном сопротивлении, что снижает коэффициент полезного действия (КПД) устройства. Постоянную составляющую тока рекомендуется использовать для возбуждения синхронного двигателя прн питании его переменной составляющей удвоенной частоты. Но при этом мощность постоянного тока используется незначительно, так как мощность возбуждения составляет лишь 1-3°/о от мощности переменного тока.

Известен также статический удвоитель напряжения, являющийся прототипом данного устройства, содержащий две вентильные цепочки, подключенные к выводам для имеюпгих общую точку источников питания, напряжения которых сдвинуты относительно друг друга на 90°, причем каждая из указанных цепочек состоит из двух вентгитей, а вентили одной из них включены согласнопоследовательно, выходной трансформатор, первичная обмотка которого выполнена со средней точкой, соединенной с указанной общей точкой, и включена между общими точками вентильных цепочек 2. Однако в известном устройстве схема включения вентилей не обеспечивает компенсацию постоянной составляющей тока и потока в первичной обмотке выходного трансформатора и ее половинах. Действие неиспользуемой постоянной составляющей снижает техникоэкономические показатели устройства: уменьшает КПД, повышает габариты и так далее. Целью изобретения является повышение надежности, КПД и упрощение устройства за счет исключения постоянных составляющих в токе и магнитном потоке во всех элементах выходной цепи. Эта цель достигается тем, что в статическом удвоителе частоты, содержащем две вентильные цепочки, подключенные к выводам для имеющих общую точку .источников питания, напряжения которых сдвинуты относительно друг друга на 90°, причем каждая из указанных цепочек состоит из двух вентилей, а вентили одной из них включены согласно-иоследовательно, выходной трансформатор, первичная обмотка котороГО выполнена со средней точкой, соединен(ой с указанной общей точкой, и включена лежду общими точками вентильных цепочек, вентили другой цепочки включены согласно-последовательно, причем все вентили выполнены управляемыми, а угол их отпирания равен 90°. На фиг. 1 представлена принципиальная схема однофазного статического удвоителя частоты; на фиг. 2 показаны графики изменения напряжения и- тока во времени удвоителя частоты при а.ктивной (фиг. 2а) и индуктивной, (фиг. 26) нагрузках. Статический удвоитель частоты состоит из двух цепочек, каждая из которых содержит по два тиристора (соответственно 1-2 и 3-4), выходного трансформатора 5, первичная обмотка которого имеет среднюю точку 6. Питание тиристоров П1 оизводится через общую среднюю точку от двух источников, периодические напряжения которых сдвинуты по фазе на 90°. Нагрузка 7 включена во вторичную цепь трансформатора. УГОЛ открывания тиристоров равен 90°. Работа тиристоров в последовательности 1-4-3-2 создает положительные волны -напряжения на первичных полуобмотках трансформатора при работе -тиристоров и 3 от напряжения U sint и отрицательные при работе тиристоров 2-4 под действием напряжения U cost. Таким образом, постоянная составляющая в результирующем напряжении первичной обмотки трансформатора, а следовательно в магнитном потоке его и ЭДС вторичной обмотки отсутствует. При активном характере выходной цепи формы кривых тока и напряжения совпадают и представляют собой в полупериоде удвоенной частоты четверть волны синусоиды основной частоты с той же амплитудой (фиг. 2а). При индуктивной нагрузке отставание тока от напряжения приводит к тому, что тиристор открыт более четверти периода основной частоты (в пределе до полупериода), пока ток тиристора имеет положительное значение. При этом оказываются одновременно открытыми два однонаправленных тиристора 1 и 2 или 3 и 4, находящиеся в цепях различных источников, что обусловлено тем, что- при одновременном открытии однонаправленных тиристоров токи их встречны (фиг. .26). Будучи встречными по отношению к напряжению смежной цепи, токи одной цепи разгружают по реактивной нагрузке соседнюю цепь и наоборот. Таким образом, сдвиги напряжений смежных цепей по фазе на 90° приводят к обмену реактивной энергией между полукатушками первичной обмотки трансформатора, что разгружает источники и сеть от реактивной энергии. Наложение прямой и обратной полуволн напряжения выходной частоты улучшает форму кривой напряжения удвоителя при индуктивной нагрузке (см. фиг. 26). Близка к синусоидальной становится и форма тока удвоенной частоты, определяемая разностью токов двухполупериодного выпрямления, сдвинутых по фазе на 90°. Непосредственная передача энергии из сети на потребитель, обмен реактивной энергией в первичной обмотке трансформатора, отсутствие постоянной составля19щей в токе нагрузки обесиечивают высокий КПД устройства, а естественная коммутация тиристоров, их малое количество, отсутствие дополнительных элементов (дросселей, конденсаторов, диодов реактивного тока) определяют простоту и высокую степень надежности статического удвоителя частоты. В трехфазном нсполнении синусные цепи удвоителя частоты включены иа фазные напряжения сети, косинусные - на линейные напряжения, уменьшенные вДЛГраз. Формула изобретения Статический удвоитель частоты, содержащий две вентильные цепочки, нодключенные к выводам для и.меющих общую точку источников питания, напряжения которых сдвинуты относительно друг друга на 90°, причем каждая из указанных цепочек состоит из двух вентилей, а вентили одной из них включены согласно-последовательно, выходной трансформатор, первичная обмотка которого выполнена со средней точкой, соединенной с указанной общей точкой, и включена между общими точками вентильных ценочек, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, КПД и упрощения, вентили другой цепочки включены согласнопоследовательно, приче.м все вентили выпол56

йены управляемыми, а угол их отпирания1. Авторское свидетельство СССР

равен 90°.№ 145929, кл. Н 02 М 5/16, 1961.

Источники информации, принятые во вни-2. Патент США №2907944, кл. 321-69,

мание при экспертизе1959.

653698

Usint

-v и cast

Puz.i

/

L Ч1У

Й/г.2