Способ умножения частоты многофазного переменного напряжения Советский патент 1981 года по МПК H02M5/27 

(54) СПОСОБ УМНО№НИЯ ЧАСТОТЫ МНОГОФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

1.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для преобразования электрической энергии одной частоты в другую, более высокую.

Известны способы умножения часто ты многофазного переменного напряжения путем циклического подключения фаз питающего напряжения к йагрузке. Попеременное образование цепей протекания foKa нагрузки происходит при помощи тиристорных мостов с естественной коммутацией Ll j и L2 j.Недостатком этого способа является существенно ограниченный верхний предел выходной частоты, так как время переключения тока одного направления на другое определяется временем спадания входного фазного напряжения от максимального значения до нуля.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ, согласно которому нагрузку . циклически подключают к таким двум

фазам многофазной системы, напряжение между которыми в момент подключения увеличивают на две другие фазы, напряжение которыми в момент подключения убывает 3.

Недостатком известного способа являются низкие энергетические показатели реализующих его устройств, что обусловлено плохой формой выходного напряжения и недостаточно полtoным использованием максимального значе1 ия напряжения питающей сети.

Цель изобретения - улучшение энергетических показателей реализующей способ аппаратуры.

15

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу умножения частоты многофазного переменного напряжения, заключающемуся в циклическом подключении фаз питающего напряжения

20 к нагрузке посредством тиристоров с естественной коммутацией, переключение тока в каждой фазе нагрузки с одного направления на другое осуществляют включением нагрузки на напряжеиш1| одной из фаз питающего и дополнительного введенного напряже 1тя, опережающего питающее на угол Q - , в тот момент времени, когда фазное питающее напряжение имеет максимальное значение, а дополнитель ное напряжение равно ну,пю. На фиг. 1 показано устройство, реализующее предлагаемый способ; на фиг. 2-4 - кривые напряжений, поясняющие способ на примере формирования из двенадцатифаэной симметричной системы переменных напряжений () с частотой f одной фазы выходного напряжения частотой f на фиг. 5 - временные диаграммы напряжений и законов управления тиристорами. Устройство содержит: трансформато ры 1-12 с основными 13-24 и дополнительными 25-32 вторичными обмотками диоды 33-40, включенные между одним зажимом нагрузки 4 и концами восьми основных обмоток, все начала которьк соединены с другим залсимом нагрузки 41; тиристоры 42-45, подключенные через-последовательно соединенные дне дополнительные и одну основную обмотки к нагрузке 41. Соединение первичных обмотоёс тран форматоров не приведено. Они могут быть соединены любым способом. Дополнительно введенное напряжение позволяет уменьшить время переключения тока нагрузки с одного направления на другое и за счет этого увеличить частоту выходного напряжения . Чем больше амплитуда дополнительного напряжения, тем меньше врем переключения тока нагрузки, так как быстрее происходит спадание до нуля суммы питающего и дополнительного на пряжений, подключенных на время пере ключения к нагрузке. Естественная коммутация возможна раньше выбранного момента включения нагрузки на сум му напряжений однако в этом случае ухудшается гармонический состав выхо ного напряжения. Пусть до момента зремени t. (фиг к нагрузке приложено напряжение U . В момент времени t/ начинают переклю чение тока нагрузки с положительного направления на отрицательное путем включения нагрузки на сумму напряжекий Uj, и и. В этот момент вре мени напряжение U. имеет максимальное значение, а дополнительное напря 0 .4 ние равное сумме напряжений десятой и двенадцатой фаз равно нулю. Если нагрузка активная, в момент времени t ток нагрузки переходит через нуль и нагрузку включают на напряжение Ул, а в момент времени t - на напряжение . В момент времени t j начинают переключение тока нагрузки с отрицательного направления- на положительное включением нагрузки на сумму напряжений и.., и и Up. На интервале времени t,-t происходит формирование отрицательной полуволны выходного напряжения Ly на интервале - положительный. Таким образом формируют выходное напряжение одной фазы с частотой . Аналогично формируют выходное напряжение остальных фаз, максимальное число которых может быть равно числу фаз входного напряжения. При активно-индуктивной нагрузке формирование фазы выходного напряжения происходит аналогично (фиг. З). Ток нагрузки переходит через нуль в в момент времени ri, и нагрузки включается на напряжение 11. Момент времени t-2, определяется коэффициентом мощности нагрузки (cosV). Верхний предел выходной частоты во всем диапазоне изменения cos V (от I до 0) выражается через время перекл-очения Tf, (фиг. 3) f, УП . Для дополнительного напряжения, получаемого от двух фаз т-фазного питающего напряжения f2max f/j . При использовании большего числа фаЗ для получения дополнительного напряжения и возможности повышения верхнего предела частоты увеличиваются. Например, используя напряжение трех фаз (фиг. 4), в момент времени t нагрузку включают на сумму напряжений и, Ujo и i в этом слу f Устройство работает следующим образом. В момент времени t (фиг.5), когда нагрузка подключена к основной обмотке фазы трансформатора 1 через диод 33, включают тиристор 45 и к нагрузке 41 дополнительно прикладывается сумма напряжений основной обмотки трансформатора 2 (напряжение Urt), дополнительных обмоток 31 фазы трансформатора 10 (напряжение 11) и 32 фазы- трансформатора 12 (напряжение Цр). Ток нагрузки начинает протёкать под действием напряжения U jf через тиристор 45. При активной иа1 рузке в момент времени t, тиристор 45 выключается и включается диод 38, так как у него наибрльшее напряжение на аноде. Нагрузка подключается к фазе трансформатора 9. В момент времени tj происходит естественная коммутация тока с диода 38 на диод 39 и подключение нагрузки в фазе трансформатора 10. В момент времени t включают тиристор 44 и к нагрузке дополнительно прикладьгвается сумм.а напряжений основной обмотки трансфор матора 11 дополнительных обмоток 30 фазы трансформатора 9 и дополнительных обмоток 29 фазы трансформатора 7, которая превышает напряжение основной обмотки трансформатора 10. Ток нагрузки начинает протекать под действием напряжения этих обмоток через тиристор 44. В случае активной нагрузки в момент времени t тиристор 44 выключается и включается очередной диод 36, затем 37 и т.д. Импульсы управления тиристорами 42-45 показаны на фиг. 5. Если в момент времени t (фиг.5) произвести коммутацию тока нагрузки только на фаэу трансформатора 2, он при активной нагрузке станет равным нулю в момент времени t (момент перехода напряжения U2 через нуль). Если в момент времени t/( к напряжению U2. добавить напряжение других фаз и при этом суммарное напряжение в момент коммутации выше напряжения коммутируемой фазы и момента перехода суммарного напряжения через нул произойдет раньше, тем самым ускоряется процесс переключения тока нагру ки с одного направления на другое. Этими условиями удовлетворяют напря..женияи,, ,, и и . (/ 2 в момент времени t,). Если на сердечниках этих фаз намотать, дополнительные обмотки с любым коэффициентом трансформации (в частном случае K.l), использовать напряжение обмотки фазы 2, можно получить при различных времени переключения тока нагрузки с положительного направлени на отрицательное, меньгих (фиг. Схема соединения обмотки трансформатора 2 и двух дополнительных обмоток трансформаторов 10 и 12 привег.ена на фиг. 1. Увеличивая коэффициент трансформа ции, МО7КНО повысить частоту выходно0 . 6 го напряжения. Во сколько необходимо увеличить амплитуду дополнительного напряжения относительно фазного питающего с периодом Т, при заданном времени переключения тока нагрузки, можно найти из выражения л / Т. Если использовать вместо двух или трех дополнительных обмоток с одну (11 фазы J с коэффициентом трансформации, соответственно равным 1,732 или 3,732, получают те же значения выходной частоты. С целью регулирования выходного напряжения диоды могут быть заменены тиристорами. Регулирова1ше частоты можно осуществлять, изменяя число дополнительных обмоток нпи их коэффициент трансформации либо изменяя номера переключаемых фаз. Предлагаемый с.пособ предлагается использовать в тех случаях когда требуется регулирование амплитуды или изменение числа фаз или то и другое вместе при любом изменяющемся cos ф с выходной частотой, выше частоты сети и имеющей одно или несколько постоянных значений изменяющихся дискретно. Используя преобразователь числа фаз трехфазное напряжение может быть преобразовано в выходное напряжение повышенной частоты с необходимым числом фаз. Кроме того, при постоянном заданном созЧ могут быть получены оптимальные соотношения числа фаз и количества дополнительных обмоток, обеспечивающие минимуьпл коэффициента нелинейных искажений в выходном, близком к трапецеидальному, напряжении. Использование предлагаемого способа позволяет создать устройства, , превосходящие известные ло массогабаритным и энергетическим показателям. Более высокие энергетические показатели достигаются путем улучшения формы выходного напряжения и более полного использования питающего напряжения. Коэффициент гармоник крипой выходного напряжения на фиг,2 ,83%, коэффициент использова .ния по напряжению, определяемый отношением амплитуды первой гармоники и максимальному значению кривой, равен ,0,677, Для кривой фиг. 2 эти коэффициенты равны К. 16,27% и. К 1,1, Кроме того, в зависимости от требований, предъявляемых к устройству, можно понизить Кр до 8-10%

либо повысить (при высоком ) до ,2, что невозможно осущес вить по известному способу.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, превосходит известные умножители по КПД, на 3-10% и имеет массу, в 2,5-3 раза меньшую. По сравнению с серийно выпускаемыми тиристорными преобразователями частоты серии П4С устррйство, реализующее предлагаемый способ обеспечивает выигрьои по массе в Ij2-l,5 раза и отсутствие искусственной коммутации.

Формула изобретения

Способ умножения частоты многофаз ного переменного напряжения, заключакяцийся- в циклическом подключении фаз питающего напряжения к нагрузке

755608

посредством тиристоров с естественной коммутацией, отличающийс я тем, что, с целью улучшения энергетических показателей реализу 5 ющей его аппаратуры, переключение

тока в каждой фазе нагрузки с одного направления на другое осуществляют включением нагрузки на сумму напряжений одной из фаз питающего и дополнительного введенного напряжения, опережающего питающее на угол0- С/2, в тот момент времени, когда фазное питающее напряжение; имеет максимальное значение, а дополнительное напряжение равно нулю.

Источники информации, принятые во внимание при зкспертизе

а щ /г Ug WV и у UeUj и, Ug ю а„ и,

Фиг. 5

и

W;3

Фиг.