Преобразователь однофазного тока в трехфазный Советский патент 1979 года по МПК H02M5/14 

Изобретение относится к электротехнике. Преобразователь однофазного тока в трехфазный предназначен для питания от однофазных сетей железнодорожных путевых и других переносных электроинструментов, имеющих привод от трехфазных асинхронных двигателей. Известные преобразователи числа фаз можно условно разделить на три типа; а)содержащие для преобразования однофазного тока в трехфазную комбинацию активных и реактивньтх элементов ij. Эти преобразователи обеспечивают хорошую степень симметрии, но имеют низкий КПД; б)содержащие комбинацию только реактивных элементов и имеющие высокий КПД 2. Однако большинство преобразователей этого типа имеют ручное, ступенчатое регулирование параметров, что не обеспечивает удовлетворительной симметрии при непрерывно изменяющейся нагрузке. В некоторых из них для снижения сте пени несимметрии выходных напряжений и токов предусмотрены дроссели насыщения или феррорезонансные элементы. В этих случаях резко возрастает вес преобразователя на единицу мо.шности; в) вентильные (со звеном и без звена поси-оянного тока), у которых нет фазосмещающих элементов з. Такие преобразователи имеют сравнительно рысокий КПД и обеспечивают удовлетворительную симметрию, но cJopMa кривой их выходных напряжений существенно отличается от синусоидальной, кроме того, они имеют больщой вес. Наиболее близким к предлагаемому устройству является преобразователь однос изного тока в трехфазный, содержащий индуктивный элемент с секционированной обмоткой, два вывода которой образуют два йыходных вывода, конденсаторы, одни обкладки которых связаны с соответствующими секциями обмотки индуктивного элемента, другие - через ключевые элементы объединены, образуя третий вы- ходной вывод и блок управления ключевыми элементами Однако это устройство не обеспечивает необходимой симмет рии выходных токов и надежности. Целью изобретения является улучше- ние симметрии выходных токов и повышение надежности устройства. Это достигается тем, что в преобразо вателе однофазного тока в трехфазный, содержащем индуктивный элемент с сек- ционированной обмоткой, два вывода кото рой образуют два выходных вывода, конденсаторы, одни обкладки которых связаны с соответствзгющими секциями обмотки индуктивного элемента, а другие - через ключевые элементы объединены, образуя третий выходной вывод и блок управления ключевыми элементами, обкладки конденсаторов связаны с секциями обмотки через дополнительные ключевые элементы, управляемые от дополнительного блока уп равления, а к выходных выводам подключ ны два блока сравнения, входы одного из которых подключены к первому и третьему выходным выводам, а входы щэугого ко второму и третьему выходным выводам при этом, каждый из выходов блоков срав нения подключен к соответствующему бло ку управления ключевыми элементами. Таким образом, симметрирование осушествляется путем сравнения и выравнивания токов фаз по величине. Так как питание трехфазной нагрузки от преобразователя числа фаз осуществляется без нулевого провода, то где IQI , I , IJ, - векторы токов фаз. Следовательно, при равенстве модулей векторов ( IG ) CHCTe ia токов фаз симметрична, т.е. ctI j IcКлючевыми элементами в предлагаемом устройстве являются управляемые по лулроводниковые вентили - симметричные тиристоры, что обеспечивает его необходимую надежность. На чертеже представлена блок-схема преобразователя однофазного тока в трехфазный. г, -31 Преобразователь содержит индуктивный элемент в виде автотрансформатора 1, до полнительные ключевые элементы 2-7, конденсаторы 8, ключевые элементы 911 (тиристоры), блок 12 сравнения вели чин фазных токов 1 и 1 . блок 13 сравненвя величин фазных токов и Ij, генератор 14 управляющих импульсов, блоки 15 и 16 управления ключевы74MB элементами, дроссели 17 и переключатель 18. Выходы блока 15 управления электрически соединены соответственно с управляющими электродами - ключевых элементов (симметричных тиристоров) 2-7, а выходы - блока 16 управления - с управляющими электродами ключевых элементов 9-11. Дроссели 17 предназначены для ограничения скорости нарастания тока |. в момент включения и, следовательно, для предохранения симметричных тиристоров 9-11 от выхода из строя. Переключатель 18 служит для компенсации изменения напряжения питающей сети. При изменении величины и характера нагрузки симметрия трехфазной системы нарушается и для ее поддержания необходимо менять коэффициент трансформации в функции разности величин токов фаз А и С (IQIC а с и изменять величину емкости в функции разности величин . токов фаз В и С ( Alt Ii,-Tr ) ЬСD ССистема автоматического симметрирования работает следующим образом. Предположим, что в некотором установившемся режиме параметры преобразователя соответствуют параметрам нагрузки. При этом симметричный тиристор 2 включен, а симметричные тиристоры 3-7 и 9- 11 выключены. Система токов симметрична, т.е. (-, j-. Если от преобразователя питается одиночный двигатель, то при увеличении нагрузки на его валу необходимо увеличивать коэффициент трансформации, не меняя емкость, так как cos Ч нагрузки растет, а реактивная мощность меняется незначительно. В этом случае токи 1о( и Ig изменяются примерно обратно пропорционально друг другу, причем IQ растет, Ij., - уменьшается. Ток 1 изменяется незначительно. На выходе блока 12 сравнения токов Ig и 1, появляется сигнал положительной полярности, пропорциональный Л IQC, который поступает на вход блока 15 управления. Если величина разности токов достигает установленного предельного значения исходит переключение блока 15 управления и управляющие импульсы от генератора 14 импульсов перемещаются с вьгхода у 2 бло- ка 15 управления на вьгход я . Следовательно, симметричный тиристор 2 выключается, а симметричный тирастор 3 включается, коэффициент трансформации автотрансформатора увеличивается, токи Ij. выравниваются и симметрия восстанав- ливается. Если коэффициент трансформации в результате однократнохх) переключения остается недостаточным, аналогично включится симметричный тирисюр 4 и т.д. При уменьшении нагрузки на валу возрастает ток 1с,а ток loi уменьшается.Сиг нал на выходе блока 12 сравнения меняет полярность и при разности токов Л 3 происходит переключение блока 15- управления, причем управляющие импульсы от генератора 14 импульсов на выходах блока 15 управления перемещаются в направлении от к 2 , переключая соответствующие вентили. При описанном ха-рактере изменения нагрузки/л, /-. -1ОС1 I О(С/ поэтому вентили 9-11 переключиться не могут, Так как/л1 /. При параллельном подключении нескольких двигателей, а также при пуске инструментов возрастает суммарная реактивная мощность нагрузки. 3 этом случае при. недостаточной ёмкости резко возрастает ток I относительно токов 1д и Ij;. Если включена избыточная емкость (отключение части двигателей, окончание пуска), I становится меньше токов I g и I Если емкость постоянно включенной секции конденсаторной батареи 8 недостаточна, т.е. I. 1, то сигнал положительной полярности от блока 13 сравнения, аналогично блоку 12 при В1 1ючит первый разряд блока 16 управления. На выходе Ус) блока 16 управления появятся управляющие импульсы от генератора 14 импульсов и включится симметричный тиристор 9. Если величина емкости недостаточна, последовательно включаются остальные разряды блока 16 управления и, соответственно, симметричные тиристоры 10 и 11, следовательно, подключаются дополнительные группы конденсаторов. При 1, ,что имеет место при избь5 точной емкости, выходной сигнал блока 13 сравнения меняет полярность и при секции конденсаторной батареи отключаются в обратном порядке,вплоть до выравнивания токов. Так как при подключении дополнитель1Ых двигателей к преобразователю имеет место пусковой режим, Cos Ч суммарной нагрузки меняется Поэтому, для получения с1Л1метрии трехфазной системы наряду с включением дополнительной емкости, необходимо менять коэффициент трансформации, т.е. переключение витков обмотки автотрансформатора и подключение секций конденсаторной батареи могут происходить одновременно. Для того чтобьг исключить колебательный режим работы схемы автоматического регулирования симметрии необходимо правильно выбрать величины J при которых происходит переключение элементов преобразователя числа фаз, и частоту переключений. Правильный подбор этих величин полностью гарантирует устойчивость работы схемы. Секционирование обмотки автотрансформатора и конденсаторной батареи следует производить, исходя из пусковых и номинальных параметров двигателей, для питания которых предназначен расщиритель. Формула изобретения .Преобразователь однофазного тока в трехфазный, содержащий индуктивный элемент с секционированной обмоткой, два вывода которой образуют два выходных вывода, конденсаторы, одни обкладки которых связаны с соответствующими секциями обмотки индуктивного элемента, а другие - через ключевые элементы обьединены, образуя третий выходной вывод и блок управления включевьгми элементами, отличающийся тем, что, с целью улучшения симметрии выходных токов и повышения надежности, обкладки конденсаторов связаны с секциями обмотки через дополнительные ключевые элементы, управляемые от дополнительного блока управления, а к выходным выводам подключены два блока сравнения, входы одного из которых подключены к первому и третьему выходным выводам, а входаг другого - ко второму и третьему выходным выводам, при этом, каждагй из выходов блоков сравнения подключен к соответствующему блоку управления ключевыми элеменИсточники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 217514, кл. 21 d 13, 1967. 2,Патент Японии Ма 26498, кл. 56 В 22. 3., Авторское свидетельство СССР № 214661, Н О2 М 5/14, 1967. 4. Авторское свидетельство СССР № 305544, кл. Н 02 М 5/14, 1971.