Непосредственный утроитель частоты Советский патент 1982 года по МПК H02M5/27 

Изобретение относится к преобраза нательной технике и может быть испол зовано в системах электропитания утроенной частоты, где требуется повышенное качество выходного и входного токов. Известны вентильные непосредствен ные преобразователи частоты, работаю щие в режиме утроения частоты Однако данные утроителя выполнены в виде мостов на неполностью управля мых вентилях-тиристорах с естественной коммутацией , что является причиной низких технико-энергетических показателей этих устройств. Известен также утроитель частоты/ в который для обеспечения полной управляемости тиристоров вводят блоки принудительной коммутации 4 . Однако его недостатком является пониженное качество потребляемого из сети тока. Наиболее близким по существу технического решения к предлагаемому является устройство, содержащее трех фазный управляемый вентильный мост и дроссель, обмотка которого имеет центральный отвод, причем начало и конец обмотки этого дросселя соедине ны соответственно к анодной и катодной точкам трехфазного вентильного моста, центральный отвод обмотки соединен к одному зажиму однофазной нагрузки, а другой зажим нагрузки соединен нулевой точкой сети. Для придания вентилям моста свойств полной управляемости здесь используется блок принудительной конденсаторной коммутации Г 5 J. Недостатком известного устройства является сравнительно плохая форма потребляемого из .сети тока. Целью изобретения является улучшение формы потребляемого из сети тока. Поставленная цель .достигается тем, что непосредственный утроитель частоты, содержёодий выполненный на полностью управляе1 е х ключах трехфазный мост с включенным на его выходе дросселем, обмотка которого имеет средний отвод, образующий первый выходной вавод для подключения нагрузки, снабжен односердечниковым индуктивным делителем тока, обмотка которого имеет промежуточный отвод, образующий второй выходной вывод для подключения нагрузки, а концы этой обмотки через введенные полностью управляемые ключи переменного тока с двухсторонней проводимостью подключены к каждому из входных выводов упомянутого моста. Наиболее оптимальным отношением чисел витков секций обмотки делителя тока является cos cos 75 2,73. В этом случае числа витков первой и второй секций составляют соответственно 0,732 и 0,2-68 от суммарного числа витков обмотки. Это отличие обеспечивает то, что вентид ьный непосредственный утроитель частоты может работать в 12-пульсном режиме. В результате это го в выходном токе отсутствуют гармоники ниже 12-й, а в токе питания ниже 11-й, что сопровождается существенным уменьшением искауенности этих токов. На Фиг 1 изображена принципиаль ная схема непосредственного: утрои теля частоты для упрощения выполнени на двухоперационных тиристорах; на фиг. 2 - временная диаграмма напряже ния питания одной фазы, тока питания одной фазы и напряжения нагрузки, а также таблица включенного состояния тиристоров. . Утроитель частоты (фиг. 1) содержит трехфазный мост с управляемыми вентилями (тиристорами) 1-6, два дополнительных трехфазных моста с ,улравняемыми вентилями 7-12 и 13-18 соответственно, трехфазные, входы гтих мостов соединены к зажимам 19-2 питания, дроссель 22, выполняющий функцию фильтрации тока и индуктивный делитель 23 тока. Начало 24 и ко нец 25 обмотки сглаживающего дроссе ля подключены к анодной и катодной точкам трехфазного вентильного мост 1-6, а центральный отвод 26 обмотки соединен к одному зажиму бднофазнЬй нагрузки 27. . . ОдМосердечниковый делитель 23 то ка имеет обмотку 1C началом 28, концо 29 и отводом 30. Отвод 30 обмотки делителя 23 тока подключен к второму зажиму однофазной нагрузки, начало 28 обмотки подключено к связанным между собой анодной и катодной точкам дополнительного моста 7-12, а к нец 29 обмотки подключен к связа;нным между собой анодной и катодной точкам дополнительного моста 13-18. Предлагаемый непосредственный ут роит(ель частоты работает следующим образом. В каждый момент времени во включенном состоянии находятся только три вентиля, находящихсяв разных фазах и в разных трехфазных мостах. При этом, когда в основном вентильном мосте. 1-6 включен вентиль катод ной группы, то в дополнительных вен тильных мостах 7-12 и 13-18 включен ные вентили находятся в анодной гру пе и наоборот. В результате этого Г основного вентильного моста 1-6 равен сумме токов дополнительных вентильных мостов 7-12 и 13-18. Отношение токов определяется отношением чисел витков секций обмотки делителя 23 тока. Так как токи в обмотке делителя тока являются переменными и накопление энергии в делителе тока не требуется, то его сердечник может быть изготовлен без немагнитного зазора, что позволяет при анализе работы пренебрегать намагничивающим током. Соответственно суммарная намагничивающая сила двух секций равна нулю и токи .в секциях (и, следовательно, в соответствующих дополнительных вентильных мостах) обратно пропорциональны числам витков секций. В целях исключения из тока питания высших гармоник ниже 11-й целесообразно выбрать отношение чисел витков секций обмотки делителя,тока i равным cos cos 75 2,73, что соответствует числу витков сек|ЦИЙ 0,732 и 0,268 от суммарного числа витков обмотки делителя тока. Рассмотрим интервал работы, когда включены вентили 4, 9 и 14. В этом случае нача по 28 обмотки делителя 23 тока соединено через вентиль 9 и зажим 21 с фазой С системы питания, конец 29 обмотки через вентиль 14 и зажим 20 г с фазой В,.а отвод 30 обмотки через нагрузку 27, половину обмотки сглаживающего дросселя 22, вентиль 4 и зажим 19 - с фазой А системы питания. Соответственно, при пренебрежении падением напряжений на включенных вентилях напряжение на обмотке делителя тока равно линейному напряжению питания Ugc.- Обозначая числа витков и напряжения обмотки между зажимами 28, 29 и 30 соответственно W20.29 28-30 эо-29 Z8-2Q аВЪО -г 7 можем написать %-30 2в-19 2в-30 Z9-29 ЗО-29 2.в-Я19 зо-29 гв-2.9- (2) Учитывая, что в рассматриваемом UCB, а напряжение интервале 1)2.0-2.9 U- равняется напряжению VJ3) %-30 А-30 с учетом оптимального отношения чисел витков секций V3o/ «-2« 2 получим для мгновенного значения напряжения нагрузочной ветви 25-30 АР. +. идв+0,268и(4) Если, линейные напряжения U д0 и (Igf. синусоидальны,тов рассматриваемом ийтервале и мгновенное напряжение нагрузочной ветви изменяется по отрезку синусоиды. Для получения 12-пульсного режима работы необходимо, чтобы напряжение нагрузочной ветви утроителя формировалось из одинаковых отрезков синусоид, сдвинутых между собой на 30. Требуемые сдвинутые синусоидальные полуволны для формирования 12-пульсного режима можно получить выбором подходящих комбинаций включенных вен тилей. Например, при включенном состоянии вентилей 4, 8-и 15 напряжение нагрузочной ветви игу-эо Urt5+0,732 Uec, (5) причем эта новая синусоида отстает о синусоиды, соответствующей предыдущему интервалу работы на 30, что и требовалось. Очередность замыкания вентилей 1-1 обеспечиваклцая 12-пульсный режим работы схемы (фиг. 1) и тем самым утроение частоты тока нагрузки, прив дена в таблице на фиг. 2. Изменение величины тока нагрузки осуществляется сдвигом фазы замыкани заданных комбинаций вентилей, а тем самым и фазы тока питания относитель но фазы напряжения питания. При этом регулирование возможно как с отстающим, так и опережающим током питания Временные диаграммы напряжения питания ид, тока питания д и тока нагрузки i на фиг. 2 соответствуют по ностью сглаженному выходному току, равному амплитуде.тока 1д, и сдвигу фазы fд 60° между напряжением и токоМ питания. Сдвиг фаз во всех фазах одинаков, т.е. Рд . На фиг. 2 показана также временная диаграмма макси мального тока нагрузки (ц.ах соответствующая сдвигу фазы « 0° . Регулированию выходного тока от максимума до нуля соответствует изменение фазы Ч в пределах О-ЭО. При полностью сглаженном токе нагруз ки форма тока питания во всем диапазоне регулирования остается неизменной. Соответственно не изменяется и спектральный состав тока питания. В результате того, что ток нагрузки : жестко связан с током питания, его форма также не изменяется , причем этот ток имеет прямоугольную форму и утроенную частоту. Под действием делителя тока прямоугольный ток чере отвод 30, равный току нагрузки,разветвляется на два прямоугольных с амплитудами, обратно пропорциональ ными числами витков секций обмотки делителя тока. .Положительным свойством предлага мого вентильного непосредственного утроителя частоты является существен ное улучшение спектрального состава, потребляемого из сети переменного тока. Это достигается тем, что в схе ме утроителя применяются два дополнительных трехфазных управляемых вентильных моста и индуктивный делитель тока с бтводом , сдвинутым с центра обмотки, Ъ результате чего можно осуг ществлять 12-пульсный режим работы бе. необходимости применения фазопреобразователя или специального входного jтрансформатора. Работа индуктивного . делителя тока на утроенной частоте способствует уменьшению.его массо-габаритных показателей. Формула изобретения Непосредственный утроитель частоты, содержащий выполненный на полностью управляемых ключах трехфазный .мост с включенным на его выходе дросселем, обмотка которого имеет средний отвод, образующий первый выходной вывод для подключения нагрузки, о тличающийся тем, что, с целью улучшения фор11вл тока, потребляе-, мого от питающей сети, он снабжен односердечниковым индуктивны.делителем тока, обмотка которого имеет промежуточный отвод, образующий второй выходной вывод для подключения нагрузки, а концы этой обмотки через введенные полностью управляемые ключи переменного тока с двухсторонней проводимостью подключены к каждому из входных выводов упомянутого моста. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Чалый Г.В. и Маевский О.А. Вентильные бестрансформаторные умножите ли частоты. - Электричество, 1969, №7. 2L , Патент Швейцарии 479978, кл. Н 02 m 5/22, 1968. 3.Патент Англии 1004294, kл. Н 2 F, 1965. 4.Авторское свидетельство СССР 565361, кл, Н 02 М 5/27, 1974. 5. Коробан Н.Т., Мастаев Н.Э. и ыцык Г.С. Сравнительный анализ переаточных характеристик полностью упавляемых преобразователей частоты непосредственной связью с различным ислом входных фаз. - В кн.: Повышеие эффективности устройств преобраовательной техники, часть 2. Киев, Наукова думна, 1972, с. 215, ис. 3,6.

ЛВС

Kf J