Трехфазный статический феррорезонансный преобразователь частоты Советский патент 1980 года по МПК H02M5/16 

(54) ТРЕХФАЗНЫЙ СТАТИЧЕСКИЙ ФЕРРОРЕЗОНАНСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ Изобретение относится к трехфазным статическим феррорезонансным преобразователям частоты, используемым в промышленной энергетике, где требуетс напряжение пониженной частоты, напри мер для питания асинхронных двигателе с целью получения скорости в 3 раза меньше номинальной, а также для питания сварочных машин, силовых цепей автоматики, размагничивающих устройст и т. д. Известны статические феррорезонанс,ные преобразователи частоты (ФПЧ) с трехфазным входом и трехфазным выхо дом {Т| , включающие силовую цепь управления. Силовая цепь содержит нелинейные дроссели НЭ, конденсаторы С и линейные дроссели L, электрически связанные между собой таким образом, что НЭ ) С и L образуют в калсдой фазе последовательный феррорезонансный контур, в котором возбуждаются субгармонические колебания. Конденсаторы С подключены по схеме звезда с выведенной к сети нулевой точкой. Нагрузка может сниматься либо с концов обмотки нелинейных дросселей, либо с части обмотки нелинейных дросселей НЭ по автотрднсформаторной схеме. Цепь управления содержит логическую схему на реле, позволяющую осуществить поочередное возбуждение третьей субгармоники в каждой из фаз с помощью автоматического пускового устройства (АПУ).Пускатели обеспечивают получение начального заряда на конденсаторах С от сетевого напряжения, причем катушки пускателей получют питание последовательно от фазных напряжений Уд, Ug, DC.. Напряжение обратной связи снимается непосредственно с выхода ФПЧ. После того,как во всех фазах установится режим деления частоты, пускатель подключит нагрузку. Время пуска составляет около 2 с. Логическая схема реле с автоматически пусковым устройством позволяет получить на выходе ФПЧ напряжение частоты 16 2/3 Гц с фиксированным порядком чередования фаз, когда относительное значение напряжения прямой последовательности будет не менее85%.Возможно применение ФПЧ, снабженного автоматическим пусковым устройством без логической схемы на реле. Силовая цепь подключена к сети по четырехпроводной схеме, а нагрузку возможно подсоединять как по трех-, так и по четырехпроводной линии. Силовая цепь ФПЧ содержит в фазах линейные дроссели, расширяющие зону устойчивой работы -в режиме холостого хода и улучшающие форму кривой выходного напряжения. АПУ размыкает и Зс1мыкает цепь нормально замкнутых контактов промежуточньох реле. Когда они замкнуты, нелинейные дроссели НЭ шунтированы и конденсаторы заряжаются от сети. При размыкании контактов в силовую цепь включаются нелинейные дроссели НЭ, заряженные конденсаторы и линейные дроссели, В режиме деления частоты уровень стабилизациц соответствует расчетному выходному напряжению.Схема позволяет осуществить более быстрый запуск ФПЧ, однако она не обеспечивает фиксированного порядка чередования фаз выходного напряжения.

Недостатком описанных схем является сравнительно большое, время пуска и невозможность получения оптимального расположения векторов выходных линейных напряжений, что снижает вра-щающий момент асинхронного двигателя, питаемого от преобразователя.

Известен также трехфазный ста тический преобразователь частоты, содержащий в каиедой фазе цепь, состоящую из последовательно соединенных линейного дросселя, конденсатора и первичной обмотки нелинейного дросселя, причем свободные концы первичных обмоток всех нелинейных дросселей объединены в общую точку, а каждый из свободных концов линейных дросселей подключен к соответствующему выводу для подключения источника переменного тока, имеющего нулевой вывод, и автоматическое пусковое устройство с двумя пускателями, каждый из контактов одного из которых шунтирует, первичную обмотку нелинейного дросселя соответствующей фазы, а каждый из контактов другого включен между вторичной обмоткой нелинейного дросселя соответствующей фазы и одним из выходных выводов.

Однако преобразователь имеет низкую надежность пуска ФПЧ, так как существует вероятность возникновения релсима деления частоты только в одной или в двух фазах, что обуславливает трудности при выделении сигнала обратной связи, соответствующего оптимальному расположению векторов выходных линейных напряжений. Кроме того, 3Tq устройство имеет значительные мадсогабаритные показатели из-за использования нелинейных дросселей на отдельных магнитопроводах.

Целью изобретения являются повышение надежности и улучшение массогабаритных показателей.

Указанная цель достигается тем, что в трехфазный статический феррореэонансный преобразователь частоты содержащий в каждой фазе цепь, состоящую из последовательно соединенных линейного дросселя, конденсатора и

первичной обмотки нелинейного дросселя, причем свободные концы первичных обмоток всех линейных дросселей объединены в общую точку, а каждый . из свободных концов линейных лросселей подключен к соответсгвукадему выводу -для подключения источника переменного тока, имеющего нулевой вывод, и автома.тическое пусковое устройство с двумя пускателями, каждый из контактов одного из которых шунтирует первичную обмотку нелинейного дросселя соответствующей фазы, а каждый из контактов другого включен между вторичной обмоткой нелинейного дросселя соответствующей фазы и одним из выходных выS водов, введены амплитудный селектор и трансформатор тока, первичная обмотка которого включена между нулевым входным выводом и указанной общей точкой соединения первичных обмоток нелинейных дросселей, его вторичная обмотка подключена к. входу амплитудного селектора, выход которого соединен с выводами обратной связи автоматического пускового устройства, а свободные концы вторичных обмоток всех нелинейных дросселей объединены в общую точку, причем все обмотки нелинейных дросселей расположены на одном Ш-образн ом магнитопроводе.

Q , На чертеже представлена схема устройства.

К каждой из фаз А, В, С источника питания подключена цепь, состоящая из последовательно соединенных линейнос го дросселя, конденсатора С и первичной обмотки нелинейного дросселя W, Все первичные обмотки нелинейных дросселей W4д,, объединены в общую точку, причем между нулевой фазой О и указанной общей точкой включена первичная обмотка трансформатора тока ТТ, ко вторичной обмотке которого подключен вход амплитудного селектора (АС), выход которого соединен с выводами обратной связи АПУ.

5 Каждый из контактов пускателя К1 АПУ шунтирует одну из первичных обмоток нелинейных дросселей, Вторичные обмотки W, Wj)g, Wjc соединены в звезду и каждая из них свободным конQ цом через соответствующий контакт пускателя К 2 АПУ соединена с одним из выходных .

Все обмотки нелинейного дросселя расположены на одном Ш-образном магнитопроводе. Автоматическое пусковое устройство питается от источника переменного напряжения и может быть выполнено по любой известной схеме. Амплитудный селектор может быть выполнен,

о например на пяти элементах серии Логика Т.

Преобразователь работает следующим образом.

При включении преобразователя в

5 сеть 220 В частотой 50 Гц конденсаторы Сд, Cg, GC получают начальный заряд по цепям, содержащим фазы А , В, С, линейные дроссели 1д, Lg, LC, конденсаторы Сд, С ц, GC, нормально замкнутые контакты пускателя К первичная обмотка трансформатора тока, нуль сети,

Одновременно получают питание амплитудный селектор и автоматическое пусковое устройство, на вьоходе которого появляется напряжение, и контакты пускателя К размыкаются.

В последовательных феррорезонансных контурах каждой фазы, содержащих конденсаторы GA, Gg, GC и первичные обмотки , , W(j нелинейного дросселя, возникают субгармонические кол1ебания частоты 16 2/3 Гц.

Если эти колебания возникли одновременно во всех трех фазах и имеют относительные значения симметричных составляющих, равные 0,85 для прямой 0,45 - для обратной и 0,3 для нулево последовательности, то на вход амплитудного селектора со вторичной обмотки трансформатора тока ТТ поступит сигнал обратной связи, равный 3,5+ +0,5 В.

При напряжении входного сигнала, превышающем или равным нижнему уровню срабатывания на выходе АС, появляется сигнал 1, G выхода АС напряжение обратной связи подается на элемент задержки времени АПУ, который .настраивается на выдержку времени,определяемую временем переходного процесса возникновения третьей субгармоники в ферроре-зонансной цепи преобразователя частоты. После чего амплитуда колебаний принимает установившееся значение.

Возможен вариант, когда субгармонические колебания возникнут одновременно в трех фазах преобразователя, тогда относительные значения симметричных составляющих будут равны 0,8 для прямой; 0,3 для обратной и 0,45 для нулевой последовательности. В этом случае на выходных выводах имеет меето обратный порядок чередовани фаз и более сильным угловая несимметрия векторов линейных напряжений. На вход AG поступит, сигнал обратной связи, равный 2-0,5 В. Это напряжение меньше нижнего уровня срабатывания.

В этом случае на выходе АС появляется сигнал О, поступакщий на элемент задержки времени АПУ и являющийся значительно ниже уровня напряжения стабилизации, при этом обеспечивается повторный пуск преобразователя.

Если после размыкания контактов К, возникнут субгармонические колебания в трех фазах с- относительными значениями симметричных составляющих j равными 0,45 для прямой, 0,3 для обратной и 0,85 для нулевой последовательности, то этот вариант расположения векторов напряжений пониженной частоты не позволяет подключать к преобразователю динамическую нагрузку в виде асинхронного двигателя,так как субгармонические колебания ;при этом срываются.Такой вариант дает сигнал обратной связи, равный 5,5+ +0,5 В. Это напряжение больше верхнего уровня срабатывания. В этом случае на выходе AG будет сигнал О,

O который поступает в АПУ. Пуск преобразователя частоты повторится.

Таким образом, параметры феррорезонансных контуров преобразователя подобраны так, что практически всегда колебания возбуждаются во всех трех фазах. Но если колебания возбуждаются только в двух фазах , то сигнал обратной связи будет больше 4В, и автоматика повторит пуск преобразователя в описанной выше последовательности. Время пуска при этом не превышает 1с..

АПУ проводит пусковую операцию всегда в режиме холостого хода. Пуск

5 будет повторяться до тех пор, пока на выходе преобразователя не появит-. ся напряжение пониженной частоты.

Формула изобретения

30

Трехфазный статический феррорезонансный преобразователь частоты, содержащий в каждой фазе цепь, состоящую из последовательно соединенных линейного дросселя, конденсатора и первичной обмотки нелинейного дросселя, причем свободные концы первичных обмоток всех нелинейных дросселей объединены в общую точку, а каждый из свободных концов линейных

дросселей подключен к соответствующему выводу для подключения источника переменного тока, имеющего нулевой вывод, и автоматическое пусковое устройство с двумя пускателями, каждый из контактов одного из которых шунтирует первичную обмотку нелинейного дросселя соответствующей фазы, а каждый из контактов другого включен межДУ вторичной обмоткой линейного дросселя соответствующей фазы и одним из выходных выводов, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и улучшения массогабаритных показателей, введены амплитудный селектор, и трансформатор тока, первичная обмотка которого включена между нулевым входньи выводом и указанной общей точкой соединения первичных обмоток линейных дросселей , к

его вторичной обмотке подключен вход амплитудного селектора, выход которого соединен с выводами обратной связи автоматического пускового устройства, а свободные концы вторичных

обмоток всех нелинейных дросселей

Объединены в общую точку, причем все обмотки нелинейных дросселей расположены на одном Ш-образном магнитопроводе.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Журнал Энергетика Известия высших учебных заведений Минвуза СССР tf 1, с. 53-59, рис, 1, 1973. i

2. Артемьев А. И. и др. Трехфазный феррорезонансный преобразователь пониженной частоты Тематический сборник научных трудов , Новые методы исследования в теоретической электротехнике и инженерной электрофизике, MB, ССО РСФСР, Ивановский энергетический институт им. В. И. Ленина. 1973, с. 114-122, рис. 1 (прототип).

Г f

//// о Шод

-220

Выход ГнЗ 9

UQC

-ет

jQ

t

f

оVH о