(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ С НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ СВЯЗЬЮ
Изобретение относится к преобразова тельной технике, в частности к классу преобразователей частоты с непосредственной связью, и может быть использовано для питания частотно-управляемых электроприводов переменного тока и спецпотребителей.
Известны преобразователи с непосредственной связью суммированием частичных напряжений в общем контуре (ПЧ с СОК) 1.
Недостатком таких ПЧ является высокий коэффициент гармоник выходного напряжения.
Известен ПЧ с СОК, модулирующее воздействие которого формируется посредством широтно-импульсной модуляции (ШИМ) 2.
Такой ПЧ позволяет существенно улучшить качество выходного напряжения путем введения паузы определенной длительности между полупериодами эквивалентного модулирующего воздействия, однако коэффициент гармоник в выходном напряжении при этом остается значительным.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее модуляторы по числу фаз первичной сети, выполненные по схеме однофазного инвертора на ключах
С двухсторонней проводимостью, входные зажимы которых подключены к соответствующим фазам первичной сети, а выходные - к первичным обмоткам согласующих трансформаторов, вторичные обмотки которых соединены последовательно между собой и с нагрузкой, т. е. однофазные инверторы включаются на первичной стороне согласующих трансформаторов. Это обстоятельство не имеет принципиального значения, так как однофазные инверторы могут быть включены на вторичные обмотки трансформаторов, первичные обмотки которых подключаются к первичной сети. Форма выходного напряжения при сохранении алгоритма работы ключей модуляторов остается неизменной.
Управление ключами модуляторов ве15дется по циклическому алгоритму, при котором нагрузка по очереди подключается через равные промежутки времени к фазам эквивалентной многофазной системы напряжений, и который обеспечивает паузу опре20деленной длительности между полупериодами эквивалентного модулирующего воздействия для каждого из модуляторов, что позволяет существенно уменьшать коэффициент
гармоник выходного напряжения ПЧ. Так, для трехфазной сети длительность паузы обычно выбирают равной 30 эл. град. 2. Однако во время действия паузы напряжение эквивалентной фазы сети, к которой подключается нагрузка преобразователя, оказывается меньше напряжения эквивалентной фазы в отсутствие паузы, т. е. эквивалентная 12-фазная система напряжений, формирующаяся при этом, оказывается несимметричной. Это приводит к повышению коэффициента гармоник выходного напряжения преобразователя, и, следовательно, к увеличению массы и габаритов фильтров, что одновременно со снижением энергетических показателей ухудшает динамические характеристики преобразователя.
Цель изобретения - улучшение формы кривой выходного напряжения путем снижения коэффициентов гармоник.
Поставленная цель достигается тем, что преобразователь частоты с непосредственной связью, содержащий однофазные согласующие трансформаторы по числу фаз питающей сети и однофазные инвертирующие ячейки на ключах с двухсторонней проводимостью, причем силовые входные выводы этих ячеек подключены ко вторичным обмоткам соответствующих трансформаторов, а выходные выводы ячеек соединены между собой последовательно и образуют выходную цепь преобразователя, снабжен двумя вентильными мостами с управляемыми ключами на их выходах, первичные обмотки согла, сующих трансформаторов выполнены с отпайками, подключенными ко входам одного вентильного моста, одни концы этих обмоток подключены ко входам второго вентильного моста, а другие их концы образуют силовые входные выводы преобразователя для подключения их к сети.
На фиг. 1 представлен предлагаемый преобразователь частоты, принципиальная схема; на фиг. 2 - временные диаграммы работы ключей преобразователя; на фиг. 3 -временная диаграмма (эпюра) выходного напряжения ПЧ; на фиг. 4 - векторные диаграммы, поясняющие принцип формирования выходного напряжения.
Преобразователь частоты содержит од.нофазные согласующие трансформаторы 1 - 3 по числу фаз первичной сети (в приведенной схеме три фазы), однофазные инверторные ячейки 4-6, силовые входные выводы которых подключены ко вторичным обмоткам 7-9 трансформаторов 1-3, а выходные - последовательно между собой и с нагрузкой 10.
Инверторные ячейки выполнены на ключах 11-22 ко входам вентильных мостов 23 и 24 с ключами 5 и 26, на их выходах подключены отпайки 27-29 и одни концы первичных обмоток 30-32, а другие концы 33-35 образуют силовые входные выводы, подключаемые к фазам сети А, В к С.
Принцип формирования выходного напряжения заключается в том, что, замыкая ключи 11-22 однофазных инверторов 4-6 по определенному алгоритму, в общем кон туре суммирования, в который включена
нагрузка 10, получают сумму, в одном случае, двух, а в другом - трех векторов напряжений вторичных обмоток 7-9 трансформаторов 1--3, причем суммарные векторы оказываются сдвинутыми друг относительно друга на угол -, что дает возможность реализовать эквивалентную 12-фазную систему напряжений.
Рассмотрим формирование эквивалентной 12-фазной системь напряжений.
Алгоритмы переключения ключей 11-22
и 25, 26 соответствуют временным диаграммам на фиг. 2.
При замыкании ключей И, 14; 16, 17; 19, 22 и ключа 26 в момент tg в общий контур суммирования включаются вектор А (обмотка 7), вектор - В (обмотка 8) и
вектор С (обмотка 9). Суммарный вектор I изображен на диаграммах 36-48 (фиг. 4). На временной диаграмме выходного напряжения (фиг. 3) это состояние соответствует интервалу to-ti.
В момент времени tj размыкается ключ 22, замыкается ключ 21, размыкается ключ 26 и замыкается ключ 25, и в интервале tt-tj в контуре суммируются векторы Аи - В , обмотка 9 оказывается исключенной из общего контура и образуется суммарный
вектор И (диаграммы 37 и 48 на фиг. 4J, сдвинутый относительно сектора I на угол -. При этом, благодаря замыканию ключа 25, общая точка первичных обмоток трансформаторов, включенных по схеме «звезда, оказывается в точке соединения отпаек 27-
29, коэффициент трансформации трансформаторов 1-3 повыщается и вектор II оказывается равным по величине вектору I (на фиг. 4 обозначения А, В и С соответствуют соединению в общую точку выводов 33,
34 и 35 первичных обмоток трансформаторов - замкнут ключ 26, а обозначения А , В , С- соединению в общую точку отпаек 27, 28, 29 - замкнут ключ 25).
На диаграмме 48 (фиг. 4) показан вектор II, который образуется на данном интервале в схеме прототипа.
В момент времени t размыкаются ключи 19 и 25, замыкаются ключи 20 и 26, и в интервале напряжения вторичных обмоток 7-9 образуют систему напряжений
А, В и С, в общем контуре суммируются векторы А - Bj - Си формируют суммарный вектор 111 (диаграммы 38,48 на фиг. 4}, сдвинутый относительно вектора I на угол Последующие суммарные векторы IV- XII формируются аналогично, оказываются
сдвинутыми друг относительно друга на угол -| и образуют эквивалентную 12-фазную симметричную систему напряжений (диаграммы 39-47 и 48 на фиг. 4). На диаграмме 48 видно, г что эквивалентная 12-фазная система напряжений, образованная векторами I-XII оказывается несимметричной, что и обуславливает повышение коэффициента гармоник выходного напряжения преобразователя. Таким образом, в предлагаемом ПЧ, используя приведенный алгоритм переключения ключей, на нагрузке 10 получают выходное напряжение с коэффициентом гармоник 0,152, меньшим, чем у прототипа. Формула изобретения Преобразователь частоты с непосредственной связью, содержащий однофазные согласующие трансформаторы по числу фаз питающей сети и однофазные инверторные ячейки на ключах с двухсторонней проводимостью, причем силовые входные выводы этих ячеек подключены ко вторичным рбмоткам соответствующих трансформаторов, а выходные выводы ячеек соединены между собой последовательно и образуют выходную цепь преобразователя, отличающийся тем, что, с целью улучшения формы кривой вы; ходного напряжения путем снижения коэффициента гармоник, он снабжен двумя вентильными мостами с управляемыми ключами на их выходах, первичные обмотки согласующих трансформаторов выполнены с отпайками, подключенными ко входам одного вентильного моста, одни концы этих обмоток подключены ко входам второго вентильного моста, а другие их концы образуют силовые входные выводы преобразователя для подключения их к сети. Источники информации, принятые во внид«ание при экспертизе 1. Пьяных Б. Е. Исследование несимметричных режимов преобразователей частоты с однократной модуляцией. Дис. на соиск. уч. степени канд. техн. наук. Киев, 1972, с. 211-225. 2. Мыцык Г. С., Сенько В. И. и Скобченко В. М. Построение, анализ и возможности применения преобразователей.частоты с кваЗиоднополосной модуляцией.-Автоматизация управления организационными и техническими системами. Томск, изд-во. Томского университета, 1979, с. 175183
fa
9ae.f
11 to 12
13 1
П njn njnjn.JnLJn Jn JnLJ J
TTifnjnrTnLnjnnjnjnjn
J
1
