Преобразователь частоты с квазиоднополосной модуляцией Советский патент 1980 года по МПК H02M5/27 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ С КВАЗИОДНСПОЛОСНОЙ МОД5ЛЯЦКЕЙ Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в тех случаях, когда требуется повышенное качество напряжения, регулирое|ЭНие или стабилизация параметров электроэнергии - напряжения и частоты - |С большой точностью при ограничениях на :массо- габаритные показатели устройства реализующего эти функции. Известны устройства, обеспечивающие преобразование одной частоты в другую и регулирование величины преобразованного выходного напряжения: преобразователи частоты со звеном постоянного тока и преобразователи частоты с непосредст- венной связью Г . Гй и . Н едостатками преобразователей частоты (ПЧ); первого типа являются , сравнительно низкое качество .преобразо ванного напряжения, а также схемотехническая усложенность или ухудшенные массо-габаритные показатели в тех случаях, когла требуется обмен реактивной и активной М{ицностями нагрузки с сетью Известны ПЧ с непосредственной связью, выполняемые на тиристорах с естественной коммутацией 4. Однако ГТЧ имеют ограниченные функциональньге возможности, так как не позволяют получить частоту больше О.25О,3 f, где f -частота напряжения питающей сети, а также имеют довольно сложную систему управления. ПЧ с непосредственной связью па тиристорах и искусственной коммутацией позволяет получить частоту выше частоты сети, однако схемы по-прежнему характеризуются сравнительно большим значением коэффициента гармоник напряжения (0,31). Кроме того, ПЧ, выполняемые на тиристорах с искусственной кo мyтaциeй, имеют увеличенную массу и габариты . (из-за наличия блока искусственной коммутации) . Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь частоты, который содержит три однофазных инворTopirbix мсхта, гп.толпергных ira управляемых ключах с двухстороинрй проподшлосгью, и блок управления, включающий Б собя задающий генератор, распределительный узел и усилигельно-развязг ваюшнй узел, выходами подсоединенН1.ГЙ к управляющим входам ключей однофазных инверторных MocTt)B. Силовые входы инвергорньх мостов образуют выводы преобразователя для подключения его к трехфазной сети. Для согласования уровней напряжен Й питающей сети л потребителя на выходе инвер торных мостов устанавливают выходные вторичные обмотки которых соединяют последовательно, образуя выходные выво ды преобразователя i,5j . К недостаткам преобразователя относятся сравнительная сложнос ъ его силовой части и невысокое качество выход ного напряжения. Цель изобретения - упрощение преобразователя путем исключения одной преобразующей ячейки и улучшение качества вь ходного напряжения за счет vTvisHbiueния его коэффишгента гармоник. Для достижения поставленной цели используется известный преобразователь содержащий преобразующие ячейки, каждая из которых включает в себя однофазный инверторный мост, выполненный на управляемых ключах с двухсторонней проводимостью, нагруженный на первичную обмотку трансформатора, один конец вторичной обмотки которого образует пе вый выходной вывод преобразующей ячей а силовые входы однофазнБ1х инверторны мостов образуют две пары силовых входных выводов, причем одна из этих пар предназначена для подключения на линейное напряжение двух фаз сети, выход преобразователя образован последовательно соединенными выходными выводами преобразующих ячеек, при этом блок управления выполнен в виде последовательно соединенных задающего генег)атоса распределительного узла и усилительно-развязывающего узла, выходы которого соединены-с управляюип1ми вхо дами ключей преобразующих ячеек. В от личие от известного преобразователя в нем трансформаторы выполнены с отно- щением коэффициентов трансформации : а вторая пара входных силовых выводов предназначена для подключения на напря жение третьей фазы сети. Вторичная обмотка трансформатора каждой преобразующей ячейки выполнена с отпайками, которь е вместе со, вторым концом вто784 ричной Т11а1к-фор.,- го}|{ с-оглипе ны со вто)ьгм выходны.( 1м,пн). нреобразуюиюй ячейки через дог1о.(. введенные а1равляемь е ключи с двухстороннон проводимостью, а распредепитель1П..1Й узел содервд1т и естиканальный кольцевой распределитель импульсор,, четыре триггера и два трехвходовых логических элемента ИЛИ, причем первый, второй, четвертый и пнтый каналь кольцевого распределителя подключены ко входам TpjirrepoB , 1-й, 2-й и 6-й - ко входам одного трехвходового логического элемента ИЛИ, а три остальных канала - ко входам др того; выходы логических элементов И71И и триггеров через усилительно-развязывающий узел соединены с управляющими входами соответственно дополнительных ключей и ключей инверторных мостов. Б другом исполнении второй силовой выходной вывод каждой преобразующей ячейки образован вторым концом вторичной обмотки соответствующего трансформатора. Качаст-во выходного напряжения однако в случае понижается. На фиг. 1 представлена принципиальная схема силовой части преобразователя; на фиг. 2 - блок-схема управления преобразователем; на фиг. 3 - временные диаграммьг, поясняющие формирование управляюицгх сигналов, подаваемых на входь ключей с двухсторонней проводимостью преобра.зователя; на фиг. 4- временные диаграммы формирования выходно-, го напряжения преобразоЕ ателя при наличии дополнительных -ключей с двухсторонней проводш-fостью; на фиг. 5 - временные диаграмм формирования выходного напряжения гфеобразователя без дополнлтельнь Х ключей; на фиг. б - график зависимости к;оэффициента гармоник выходного напряжения преобразователя от числа дополШ1тельнь х ключей Н в 7 ;аждой инверторной ячейке. Преобразователь содержит два однофазных инверторных моста I и 2, выполненных на управляемых ключах 3 -Ю с двухсторонней проводимостью и нагруженных на первичные обмотки II и 12 трансформаторов 13 и 14. Силовые входы 15 и 16 однофазного инверторного моста I образуют пару силовьгх входных выводов преобразователя частоты, подключаемых к яинейно -5у напряжению двух фаз сети. Силовые вход1-| 17 и 18 однофазного пнверторного моста 2 образуют пару силовых входных выводов преобразователя частоты для подключения их к напряжению трптьей ({из i соти. Вторичная обмотка каждой прообразующей ячейки выполнрна с отпайками 19 и 2О. Одни концы 21 и 22 вторичных обмото трансформаторов 13 и 14 образуют первые выходные выводы 1треобразующих ячеек. Отпайки 19 и 2О вместе со вторыми концами 23 и 24 вторичных обмоток трансформаторов соединены со вторыми выходными выводами 25 и 26 преобразующих ячеек через дополнительн введенные управляемые ключи 27-ЗО с двухсторонней проводимостью. Выход пре образователя частоты образован последо тельно соединеннык1и выходными выводами 21 и 25, 22 и 26 преобразующих ячеек. Трансформаторы 13 и 14 выполнены с отношением коэффициентов трансформации I: Сз, Блок 31 управления содержит задаюший генератор 32, распределительный узел 33 и усилительно-развязывающий узел 34, Распределительный узел 33 содержит шестиканальный кольцевой распределигель 35 импульсов, четьфе триггера 36 39 и два трехвходовых логических элемента 40 и 4t ИЛИ, причем t-й и 2-й 4-й и 5-й каналы кольцевого распределителя 35 подключены ко входам распределителя - ко входам трехвходовых логических элементов 40 и 41 ИЛИ. Вы ходы логических элементов ИЛИ и прямые и инверсные выходы триггеров через усилительно-развязывающий узел сое динены с управляющими входами соответ ственно дополнительных ключей 27-ЗО и ключей 3-10 инверторных мостов I и 2. Формирование выходного напряжения преобразователя поясняется временными диаграммами. На фиг. 3 приведены временные диаграммы формирования управляющих сигналов, подаваемых на вхоДЫ ключей с двухсторонней проводимостью преобразователя по фиг. I, где ги - тактовые импульсы на выходе задающего генератора 32; Ь 1осигналы управления, подаваемые на входы включей 3-10 двухсторонней проводимостью однофазных инверторных моетов I и 2; сигналы управления,подаваемы на входы дополнительных клю чей 27-ЗО с двухсторонней проводимое тью. Па фиг. 4 и 5 приведены временные диагремм, формиуюваиия выходного напряжения преобразователя при наличии дополнительных ключей 27-ЗО с двухсторонней проводи 1остью (фиг.4) и без дополнительных ключей (фиг.5. - линейное напряжение двух фаз сети; -напряжение третьей фазы сети; Vj3 чиЭ А ЪС -эквивалентные алгоритмы переключения ключей однофазных инверторных мостов I и 2, равные -чр 1} -vy . Ч А i 4,5 ЪС- 8,9 ) -2X1 2ЬС - напряжения на выходах преобразующих ячеек; U - форма выходного напряжения преобразователя. Преобразователь работает следующим образом (на примере работьг одной преобразующей ячейки). При подключении питания к блоку управления и силовой части преобразо-,, вателя и замыкании ключей 3 и 5 инверторного моста I первичная обмотка II трансформатора 13 зак ыкается накоротко. В напряжении на первичной обмотке трансформатора форм фуется пауза, а один из дополнительных ключей 28 с двухсторонней проводимостью остается в этот момент замкнутым, что обеспечивает прохождение реактивного VoKa нагрузки. При замыкании ключей 3 и 6 инверторного моста I и дополнительного ключа 28 на выходе преобразующей ячейки формируется первая ступень положительной полуволны напряжения Ui. Замыканием ключа 27 формируют вторую сту- пень напряжения и2д. Дальнейшее формирование напряжения f и напряжения Uj происходит аналогично в соответст1 ии с временными диаграммами, представленными на фиг. 3 и 4. Ёыходное напряжение преобразова теля и получают в результате суммирования выходных напряжений преобразующих ячеек U2ft и , Формирование выходного напряжения предлагаемого преобразователя без дополнительных ключей с двухсторонней проводимостью пояЬняется на фиг. 5 и происходит аналогично рассмотренному выше, Усложнением устройства управления строится преобразователь с регулированием выходного напряжения Un .Регулирование осуществляется в каждом и

силовых .звеньев преобразующих ячеек: в инверторных мостах (за счет фазового сдвига сигналов управления ключей одной стойки инверторного моста по отношению К сигналам управления ключами другой стойки), в трансформаторах (за счет введения подмагничивания) и в дополнительных ключах,с двухсторонней проводимостью (за счет выбора соответствующего алгоритма их управления). С точки зрения упрощения системы управления рациональней регулировать напряжение в инверторных мостах.

Целесообразное число . М дополнительно вводимых в каждую преобразующую ячейку управляемых ключей с двухсторонней проводимостью выбирается в каждом конкретном случае применения в зависимости от требования к искажению выходного напряжения преобразователя, Силовая часть и система управления при этом соответствующим образом видоизменяются.

График зависик ости коэффициента гармоник выходного напряжения преобразователя от числа дополнительно введенных в каждую преобразующую ячейку ключей, позволяющих осуществить выбор числа представлен на фиг. 6.

В известном устройстве, содержа- , щем три преобразующие ячейки, коэффициент гармоник напряжения преобразователя равен О,31.

В предлагаемом преобразователе, вы-полненном из Двух преобразующих ячеек; уже при числе ключей У , равном двум Vif(y - ОД. 65 . При четырех дополнительньтх управляемьХ ключах в каждой преобразующей ячейке Кг(и1Л - 0,О93, т.е. вместе со значительным упрощением предлагаемый преобразователь позволяет также получить качество выходного напряжения на 47% выще по сравнению с известным. Предлагаемое устройство проще, так как при равном числе ключей содержит на один трансформатор меньще чем известное.

Необходимо также отметить, что устройство позволяет получать частоту как больиге, так и меньше частоты напряже- ния сети. При этом i:-f( гдef частота модуляции (частота переключени дополнительно вводимых управляемых ключей с двухсторонней проводицостью); io частота выходного напряжения преобразователя, f - частота напряжения сети (фиг.4).

Таким образом, предлагаемый преобразователь используется в качестве втО

ричного централизованного ИСТОЧНИКАэлектропитания со стабилизирован- нъгм по величине .напряжением и частотой с практически любым, наперед заданным значением коэффициента гармоник выходного напряжения, например для решения задачи прецизионной стабилизации параметров сетевого напряжения (частоты 50 Гц); используется в качестве преобразователя частоты для частотно-управляемого электропривода. При этом многофазный выход обеспечивается путем использования соответствующего числа преобразователей.

Формула изобретения

1.Преобразователь частоты с квази- однополосной модуляцией, содержащий преобразующие ячейки-, каждая из которых включает в себя однофазный инверторный мост, выполненный на управляемых ключах с дву5«:торонней проводимостью, нагруженный на первичную обмотку трансформатора, один конец вторичной обмотки которого образует первый выходной вывод преобразующей ячейки, а силовые входы однофазных инверторных мостов образуют две пары силовых входных выводов, причем одна из этих пар предназначена для подключения на линейное напряжение двух фаз сети, выход преобразователя образован последовательно соединенными выходным выводами преобразующих ячеек, при этом блок управления вьтолнен в виде последовательно соединенных задакж1его генератора, распределительного узла и усилительно-развязывающего узла, выход которого соединены с управляющими входами ключей преобразующих ячеек, отличающийся тем, что, с целью упрощения и улучшения качества выходного напряжения за счет уменьшения его коэффициента гармоник, его трансформаторы выполнены с отношением коэффициентов трансформации I : 3, а вторая пара входных силовых выводов предназначена для подключения на напряжение третьей фазы сети.

2.Преобразователь по п. 1, о т личающийся тем, что вторичная обмот-ка трансформатора каждой преобразующей ячейтш выполнена с отпайками, которые вместе со вторым концом вторичной обмотки соединены со вторым выходным выводом преобразующей ячейки через дополнительно .введенные управляе- мые КЛК1ЧИ с двухсторонней проводимостью; а распрепелительный узел содержит шестиканальный кольцевой распределител импульсоё, четыре триггера и два трехвходовых логических элемента ИЛИ, при чем первый, второй, четвертый и пятый каналы распределителя подключены ко входам триггеров, первый, второй и шес той - ко входам одного трехвходового логического элемента ИЛИ, три осталь ых канала - ко входам другого, а выходы длогических элементов ИЛИ и триггеров через усилительно-раэвязываю ший узел соединены с управляющими входами соответственно дополнительных ключей и ключей инверторных мостов. 3. Преобразователь по п. I, о т личающийся тем, что второй силовой выходной вывод каждой преобразующей ячейки образован вторым конпом вторичной обмотки соответствующего трансформатора. , Источнию информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское- свидетельство СССР № 238656, кл, Ы О2 М 5/29, 1969. 2.Авторское свидетельство СССР №309435, кл. Н 02 М 5/27, 1971. 3.Авторское свидетельство СССР К 325671, кл. Н О$ М 5/27, 1972. 4.Авторское свидетельство СССР чо 169663, кл. Н 02 М 5/27, 1965. 5.Устройства преобразователей техники. Киев,Наукова думка , 1969, вьш. 2,, с. НО.

««.«

IK

«rtt

(