I
Изобретение относится к силовой преобразовательной, технике, а именно к непосредственным преобразователям частоты (НПЧ), и может быть использовано преимущественно для питания различных однофазных нагрузок пониженной частоты: электровозов переменного тока, печей электрошлакового переплава,-электромагнитов вибрационных машин, обмоток возбуждения машинных генераторов низкой (0,2-5 Гц) или стабильной частоты, измерительных приборов с номинальной частотой 50 Гц при включении их в системы электроснабжения 60 или 400 Гц и т. д.
- - .
Известны НПЧ, используемые/для питания различных одно- н многофазных потребителей переменного тока напряжением регулируемой или стабильной частоты 1}Ч31. В таких преобразователях кривая выходного напряжения при питании от трехфазиой сети формируется из многофазной системы напряжений, эквивалентное число фаз (пи) которой может достигать 12, что позволяет существеино снизить уровень гармоник кривой выходного напряжения по сравнению с НПЧ, где mt, 6.
Первое из известных устройств 1 содержит трехфазный мост на неполностью управляемых симметричных вентилях .(симисторах), нагруженный на однофазную нагрузку. Между сетью и мостом включены 5 дополнительные реакторы. Благодаря некоторому усложнению закона управления вентилями кривая выходного напряжения формируется из 12-фазной несимметричной системы напряжений, шесть векторов которой равны Линейному на пряжению сети а остальные - вб. от U Коэффициент
10 гармонях данной кривой напряжения, как указывает автор, равеи около .
Наличие входных реакторов унижает жесткость внешней характержд-ики НПЧ, а также вызывает коммутационные провалы
15 в сетевом напряжении, поэтому такне преобразователя могут быть выполнены на небольшие мощности. Как правило, для нх работы требуется установка согласующих трансформаторов между (жтью и входом НПЧ
Более совершённым является трехфазнооднофазный НПЧ (2), выполненный на уп,равляемых ключах переменного тока, в котором для создания эквивалентного числа фаз, равного 12, используется согласующий трехобмоточиый трансформатор. Теоретический коэффициент гармоник кривой выходного напряжения данного НПЧ состав ляет 15,2%. Однако с целью применения данного НПЧ для питания однофазных нагрузок требуется увеличение установленной мощности указанного трансформатора. Кроме того, из-за большого количества вентилей, включенных последовательно с нагрузкой в каждый момент времени, ухудшается жесткость внешней характеристики НПЧ и возрастают потерн в силовой схеме. Нанболее близким по технической суш,ности и достигаемому положительному эффекту к изобретению является трехфазнооднофазный НПЧ 3. Он содержит трехфазный мост на управляемы ключах с двусторонней проводимостью и автотрансформатор (AT) с ответвлениями, подключенный к выходным выводам моста, при этом ответвления AT через вспомогательные ключи соединены .с входным нулевым выводом преобразователя. Кривая выходного напряжения формируется из 12-фазной симметричной системы линейных напряжений (mi, 12), благодаря чему коэффициент гармоник ее составляет 15,2%, как и в предыдущей схеме, Основными недостатками прототипа являются:а)ограничение нижнего предела регулирования выходной частоты, так как при частотах few х масса и габариты AT существенно возрастают; б)необходимость установки согласующего трансформатора между сетью и НПЧ, поскольку в общем случае номинальное напряжение нагрузки отличается от линейного (фазного) напряжения сети. Так как теоретический коэффициент преобразования по напряжению схем данных ПЧ всегда ниже 1, то даже в частном случае, когда номинальное напряжение нагрузки совпадает с линейным напряжением сети, НПЧ не сможет обеспечить питание нагрузки ее номинальным напряжением. (Практический коэффициент преобразования по напряжению, учитывающий потери в схеме, естественно, будет меньще теоретического). Целью изобретения является расщирение диапазона регулирования выходных частот. Указанная цель достигается тем, что известный трехфазно-однофазный НПЧ, содержащий основной трехфазный мост на управляемых ключах с двусторонней проводимостью, автотрайсформатор с повыщаЮ1Цим ответвлением и два вспомогательных управляемых к;пюча с двусторонней проводимостью, одними силовыми концами подсоединенных к входному нулевому выводу преобразователя, снабжён дополнительным трехфазным мостом упомянутых ключей автотрансформатор выполнен трехфазным С понижающими ответвлениями, входы основного и дополнительного мостов подключены, соответственно, к повышающнм и понижающим ответвлениям, причем коэффициенты трансформации ответвлений связаны между собой соотношением Hi V е - J Н где Кд, К„-коэффициенты трансформации соответственно повышающего и понижающего ответвлений, выходы обоих мостов совместно с другими силовыми концами вспомогательных ключей подсоединены к выходным выводам преобразователя, а сетевые зажимы автотрансформатора подключены к входным выводам преобразователя. Если номинальное напряжение нагрузки близко (с точностью до нескольких процентов к фазному (лицейн(ому) напряжению питающей сети, то вход основного (дополнительного) моста подключен непосредственно к входным выводам преобразователя. На фиг. 1 приведена векторная диаграмма, поясняющая принцип работы НПЧ данного класса; на фиг. 2 - структурная схема предлагаемого НПЧ; на фиг. 3, 4 -- схемы НПЧ с уменьшенной мощностью AT соответственно, когда напряжение нагрузки близко к фазному (линейному) напряжению; на фиг. 5 - диаграмма замыкания ключей в схемах НПЧ. Принцип работы данного НПЧ заключается в том, что нагрузка циклически, на равные промежутки времени подключается к отстающим векторам симметричной системы напряжений (фиг. I), при этом выходная частота со г будет равна разности частот сети 0)1 и управления вентилями Л (о)г (1)-Л). Можно также переключать нагрузку и на опережающие векторы, тогда выходная частота будет равна сумме частот сети и управления вентилями (Ui +Д. НПЧ (фиг. 2) состоит из основного трехфазного моста 1 управляемых ключей 2-7 с двусторонней проводимостью, например встречно-параллельно включенных тиристоров или транзисторов, диодных мостов с тиристором (транзистором) в диагонали и т. п., трехфазного автотрансформатора/ 8 с повышающими и понижающими ответвлениями, вспомогательных управляемых ключей 9, 10 с двусторонней проводимостью, одними силовыми концами подсоединенных к входному нулевому выводу преобразователя, и дополнительного моста 11 управляемых ключей 12-17, входы которого соединены с понижающими ответвлениями AT. Выходы обоих мостов совместно с другими силовыми концами вспомогательных ключей 9, 10 подсоединены к выходным выводам преобразователя. Основной мост 1 подключен к повышающим ответвлениям AT. Устройство работает следующим образом. Пусть в данный момент времени замкнуты один ключ (например, ключ 2) основного моста 1 и вспомогательный ключ 10, остальные ключи в схеме разомкнуты. Нагрузка подключена через повышающие ответвления AT к фазе А сети. Коэффициент трансформации KB данного ответвления выбирается из условия где и„ - номинальное напряжение нагрузки, В; и, - фазное напряжение сети. В; К - теоретический коэффициент преобразования схемы, равный в нашем случае 0,988. Затем ключи 2, 10 отключаются, одновременно замыкаются ключи 15, 16 дополнительного моста II. Нагрузка при этом подключается через понижающее етветвление AT к линейному напряжению сети. Коэффициент трансформации этого ответвления выбирается из условия: После этого ключи 15, 16 размыкаются, а включаются клк)чи 7, 9 и т. д. (см. диаграмму на фиг. 5). В каждый момент времени проводят ток только два ключа: либо в дополнительном мосте II, либо один ключ в основном моете 1 и один из вспомогательных ключей 9, 10. Благодаря поочередному замыканию ключей и включению AT на входе обоих мостов стайовится возможным, сохранив хороший гармонический состав напряжения на нагрузке, избежать насыщения AT в области частот ниже частоты сети, а значит, расшцрить диапазон регулирования выходной частоты. В том случае, если номинальное напряжение нагрузки UH К -Uf, можно использовать АТ меньшей мощности, подключив основной мост (фиг. 3) к входным выводам, непосредственно,а вспомогательный - через понижающий AT с коэффициентом трансформациик„ I/V3-. в случае, если номинальное напряжение нагрузки UH К -U используется повышающий AT с коэффициентом трансформации Kj V3 на входе основного моста (фиг. 4). Помимо AT, в схеме могут быть также использованы двух- и трехобмоточные трансформаторы, вместо ключей с полным управлением - тиристоры с узлами принудительной коммутации. Благодаря применению дополнительного моста ключей переменного тока, а также использованию автотрансформатора одновременно в качестве фазопреобразовательного и согласующего, удалось, сохранна основное преимущество преобразователяпрототипа, значительно расширить диапазон изменения выходной частоты, регулируя ее как вверх, так и вниз от номинальной частоты сети, а также обеспечить питание нагрузки ее номинальным напряжением. При этом также уменьшается уровень гармоник в сетевом токе НПЧ. Формула изобретения I.. Трехфазно-однофазный преобразователь частоты с непосредственной связью, содержащий основной трехфазный мост на управляемых ключах с двусторонней провоимрстью, автотрансформатор с повы-. шающим ответвлением и два вспомогательных управляемых ключа с двусторонней проводимостью, одними силовыми концами подсоединенных к входному нулевому выводу преобразователя, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования выходных частот, он снабжен дополнительным трехфазным мостом упомянутых ключей, автотрансформатор выполнен трехфазным, с понижающими ответвлеииями, входы основного и дополнительного мостов подключены соответственно к повышающим и понижающим ответвлениям, причем коэффициенты трансформации ответвлеиий связаны между собой соотношением V3, где KB- коэффициент трансформации повышающего ответвления; KK- коэффициент трансформации понижающего ответвления, выходы обоих мостов совместно с другими силовыми концами вспомогательных ключей подсоединены к выходным выводам преобразователя, а сетевые зажимы автотрансформатора подключены к входным выводам преобразователя. 2. Преобразователь частоты по п. I, отличающийся тем, что, с целью улучшения массогабарнтных показателей при номннальном напряжении нагрузки, близком к фазному (линейному) напряжению сетн, вход основного (дополнительного) моста подключен непосредственио к входным выводам преобразователя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Проблемы технической электродина МИКИ. Вып. 62. Киев, «Наукрва думка, 1977, 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2474784/07, кл. Н 02 М 5/27, 08.04.77. 3.Авторское свидетельство СССр № 486437, кл. Н 0 М 5/27, 1977 (прототип).
IS
.
К нагрузке Фиг.2
-0 /f нагрузке
08
г
В 0С ef.0 ef- /f нагрузке
п
15
/7
«a V:
OQ
-
V:
r
VI
.
