Делитель частоты в два раза для индуктивной нагрузки Советский патент 1980 года по МПК H02M5/16 

(54) ДЕЛИТЕЛЬ ЧАСТО-Ш В ДВА РАЗА ДЛЯ ИНДУКТИВНОЙ НАГРУЗКИ Изобретение относится к электротехнике, в частности, к вентильным преобразователям, выходная частота которых равна половине частоты питаю щей сети. Изобретение может быть использовано для разработки средств повышени качества электрической энергии в ОДНО и многофазных .сетях стабильной или изменяющейся частоты с нелинейными (в т.ч. вентильными) нагрузками, в кривой потребляемого тока которых имеет место постоянная или низкочастотная составляющая (например, тиристорные регуляторы, дуговые печи однофазная сварка, электротехнологические источники асимметричного тока и др.) . Известны делители частоты в два раза 1, 2 и 3. Недостатками делителей, принцип действия которых основан на явлении автопараметрического резонанса, явля ются сложность конструкции многообмо точной электромагнитной системы тран сформатора ,использование дополнитель ного источника постоянного тока,прим нение фильтров,несинусоидальная форм кривых тока и напряжения, большие веса и габариты. Более совершенным является делитель частоты в целое число раз, со- держащий трансформатор с двумя вторичными рабочими обмотками, и управляемые ключипеременного тока (3J. К недостаткам данного делителя относится высокое содержание гармоник в кривой входного тока, невозможность получения постоянной составляющей во входном токе, регулируемой по величине и знаку . Из известных устройств наиболее близким по технической сущности является делитель частоты в два раза, содержащий:-трансформатор с первичной И двумя вторичными обмотками, управляемые Ключи переменного тока, синхронизатор и формирователь импульсов управления, причём одна из вторичных обмоток выполнена со средним отводом, соединенным с одним из выходных выводов , а каждый из ее hv aйниx выводов подключен .через соответсчвующийуправляемый ключ переменного тлуа к другому выходному выводу, выводь; второй вторичной обмотки связаны со лходом синхронизатора, к выходу KOTOtoro

подключен формирователь импульсов управления, и каждый из выходов последнего подключен к цепи управленйя соответствующёго из указанньах управляемых ключей 1 .

Недостатком данного устройства является жесткая синхронизация фазы импульсов управления с фазой напряжения питающей сети. При таком управлении делитель частоты не может быть использован для генерирования в сеть постоянной составляющей тока, регулируемой по величине и знаку.

Целью настоящего изобретенияявляется получение во входном токе делителя постоянной составляющей тока, регулируемой по величине и знаку.

Указанная цель достигается тем, что в делителе частоты в два раза дл индуктивной нагрузки, содержащем трансформатор с первичной и двумя вторичными обмотками, управляемые ключи переменного тока, синхронизатор и формирователь импульсов управления, причем одна из вторичных обмоток выполнена со средним отводом, соединенным с одним из выходных выводов, а каждый из её крайних выводо подключен через соответствующий упраляемый ключ переменного тока к другому выходному выводу, выводы второй вторичной обмотки связаны со входом синхронизатора, к выходу которого подключен формирователь импульсов управления, а каждый из выходов последнего подключен к цепи управления соответствующего из указанных управляемых ключей - вторая вторичная обмотка трансформатора соединена с синхронизатором через дополнительно введенное фазосдвигающее устройство. На фиг.1 приведена схема делителя частоты в два раза; на фиг.2, 3 показаны временные диаграммы токов и напряжений, поясняющие работу устройства.

Делитель частоты в два раза (фиг.1) содержит трансформатор с первичной 1-й двумя вторичными обмотками 2 и 3; средний отвод первой вториной обмотки 2 соединен с индуктивной нагрузкой (например, реактором) 4; другой конец нагрузки 4 через управляемые ключи переменного тока с естественной. 1чОМмутацией 5 соединен с крайними выводами той же обмотки; выводы другой вторичной обмотки 3 подключены к фазосдвигающему устройству 6, соединенному со входом синхронизатора 7, который связан с формирователем импульсов управления 8,выходы Которого соединены с цепями управления ключей 5.

Делитель частоты в два раза работает следующим образом. При подключении трансформатора к сети с частотой ш н.а вторичной обмотке 2 пряв ляются напряжения и , U-2 ,равнае по

величине и сдвинутые относительно средней точки на 180 эл.град (фиг.2, Переменное напряжение, снимаемое со вторичной обмотки 3, сдвигается с помощью фазосдвигающего устройства б на угол -6 относительно напряжения и (фиг, 2,б) , Синхронизатор 7 формирует импульсы управления с частотой Ш , жестко привязанные к фазе напряжения фазосдвигающего устройства б, частота которых затем делится пополам с помощью формировател импульсов 8 (фиг. 2, в) , Далее импульсы управленияпоступают на управляющ электроды ключей 5. При включении верхнего ключа к реактору будет прикладываться напряжение Ц обмотки 2, нижнего - напряжение и . Таким образом, кривая напряжения на реакторе формируется из отрезков напряжений и , и2 , при этом в реакторе протекает несинусоидальный ток с частотой в два раза ниже частоты сети (фиг.2,г).

На фиг.З приведены диаграммы входных токаИ напряжения (при угле

-© - + 30 эл.град) , Как видим, в кривой входного тока делителя имеет место постоянная составляющая. Регулируя величину фазового сдвига от О до 180 эл.град,, можно плавно регулировать (от нуля до максимума) величину, а также изменять полярность постоянной составляющей тока.

Кривая входного тока делителя частоты на два, нагруженного на реактор, описывается следующим выражением (за начало отсчета принят момент времени), когда напряжение сети проходит через нуль)

UWL

УЛ

Ч илГ

(t)U

где i - мгновенное значение потребляемого тока;

и lib соответственно амплитудное значение и угловая частота питающей сети; - йндуктивность реактора;

L G - начальная фаза импу. .

управления,

Из приведенного уравнения следует что в кривой входного (сетевого) трка содержится постоянная составляющая i.- --Y-COS0 И переменная состав vJuu

UM , ющая -i r cosuu-t, которая не зависит

от величины угла & . Высшие гармоНИКИ в сетевом токе отсутствуют.

Изменяя дискретно фазу импульсов управления, можно получить во входном токе делителя низкочастотную составляющую. Поскольку изменения фазы из-за неполной управляемости ключей (тиристрров, симисторов и т.п.) мргут происходить не чаще оди;ГР раза за период питающего:) иппу-яжения, то низкочастотная составляющая будет представлять собой прямоугольно-ступенчатую кривую тока, с длительностью каждой ступени, равной периоду питающего напряжения. Естественно, чем больше количество ступенек тока, тем точнее и с меньшим количеством дополнительных гармоник можно осуществить аппроксимацию низкочастотной составляющей,С другой стороны, благодаря формированию этого тока из отдельных ступенек не требуется установки каких-либо силовых устройств , обеспечивающих регулировки по фазе низкочастотной составляющей,что необходимо, например, в случае использования данного устройства для компенсации низкочастотной составляющей .в токе различных потребителей.

Использование предлагаемого изобретения позволит повысить качество электрической энергии, в частности, в системах электроснабжения с мощными нелинейными одно- и многофазными нагрузками, путем компенсации постоянной и (или) низкочастотной составляющих в кривой сетевого тока этих нагрузок.Это позволит, например, исключить подмагни ивание силовых трансформаторов и, как следствие, устранить генерирование в сеть четных гармоник тока с первичной стороны трансформатора.

Формула изобретения Делитель частоты в два раза для индуктивной нагрузки, содержащий

трансформатор с первичной и двумя вторичными обмотками, управляемые ключи пёршиенного тока, синхронизатор и формирователь импульсов управления, причем одна из вторичных обмоток выполнена со средним отводом, соединенным с одним из выходных выводов, а каждый из ее крайних выводов подключен через соответствующий. управляемый ключ перег енного тока к другому выходному выводу, выводы

0 второй вторичной обмотки связаны со входом синхронизатора, к выходу которого подключен формирователь имггульсов управления, а каждый из выходов последнего подключен к цепи

5 управления соответствующего из указанных управляемых ключей, о т л и чающийся тем, что, с целью получения во входном токе постоянной составляющей, регулируемой по ве0 пичине и знаку, вторая вторичная трансформатора соединена с синхронизатором через дополнительно введенное фазосдвигающее устройство.

5 Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США №3718854,кл.321-69, 1973.

0 2. Бадмас A.M. и др. Ферромагнитные делители частоты. М.-Л., Энергия , 1967.

3. Патент Японии 48-44971, кл. Н 02 М 5/26, 1972.

V,

г

К1Ж-кЫ