Способ преобразования частоты переменного тока

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК п 9 М 527 5)5 Б ТЕН ельс ССР84.ССР85. реобраэов ного соста двигателя я п ромы Быков Ю.Г. П для электроподвиж ными тяговыми тротехническа ПреобразовательнРуденко В.С. и тельной техники.1980, с. 283-287. тели частоты ва с асинхронми. - Элекшленность.980, с. 18-28. преобразоваысшая школа,ая техника, др. Основы - Изд-во В одно нные диазбиения временныхтот 1 зу нтервалов,соотно яжения и ременных интервалов; на фмы напряженийТ 1упериода - на2соотношения ча г,2 - временн ля случая раз диа грэм ния пол т 1 з=211, 52=,трехфа ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СМ 1157628, кл. Н 02 М 5/27, 19Авторское свидетельство СМ 1302398, кл. Н 02 М 5/27, 19 Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, а именно к способам преобразования электроэнергии переменного тока одной частоты и /или одного числа фаз в электроэнергую другой частоты и /или другого числа фаз, и может быть использовано в преобразователях однофазного синусоидального напряжения с промежуточным повышением частоты или без изменения ее в однофазное или многофазное кваэисинусоидальное напряжение в энергетике, автоматике и других отраслях, потребляющих энергию переменного тока. Цель изобретения - улучшение динамиских характеристик процесса преобраэо 5 Ц 16566(54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА(57) Изобретение относится к силовой преобразовательной технике. Целью является улучшение динамических характеристик процесса преобразования при сохранении качества выходного напряжения. Способ заключается в формировании иэ однофаэного напряжения и составляющих напряжений квазипрямоугольной формы, сфазированных по основной гармонике, и в последующем их суммировании в выходной цепи. Квазипрямоугольность формы обеспечивается изменением по соответствующему алгоритму коэффициента трансформации, используемого при преобразовании трансформатора, значения которого подчиненыопределенным условиям, В одной из модификаций вводится промежуточное высокочастотное преобразование, 6 ил. вания при сохранении качествнапряжения,На фиг, 1 изображены вр граммы напряжений для случ Т 1 олупериода - (частота 11) на 2=11, трехфазного выходного наТззбиения полупериода - на 62 12 временных интервалчатое квазисинусоидальное напряжение частотой 1 з, при этом путем п 1-кратного повторения этих операций с фазовым сдвигом на 2 л- образуют п 1-фазный выход, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью улучшения динамических характеристик процесса преобразования при сохранении качества выходного напряжения, разбивают каждый полупериод входного напряжения Оу на и одинаковых временных интервалов, где и - целое число, при этом начало первого интервала совпадает с началом полупериода, затем разбивают по уровню напряжение О на составляющие напряжения 01 м на кажидом -м интервале от второго по - -й при2и+1четном и и по 2 -й при нечетном и, где номер составляющей М =1, так, чтобь; средес значение составляющей 01 м, которую образуют на 1-м интервале, было равно разности среднего значения напряженияна 1-м интервале и среднего значения его на предыдущем интервале, а на каждом интервале от ( - + 1 ) - го по ( и - 1) -й прии2етном и и от ( ) го по(п 1) Й прии +3., ечетном и разбивают по уровню это напряжение О так, чтобы среднее значение составляющей 01 м на 1-м интервале, где М. - . и+ 1 - 1,.формирование которой прекращают на (+1)-м интервале, было равно разности среднего значения напряжения О на 1-м интервале и среднего значения его на последующем интервале, затем преобразуют частоту 11 формируемых составляющих 01 м в частоту т 2 11, получая напряжения Оп 1 м, модулированные по амплитуде напряжениями 01 м, а затем изменяют мгновенные значения напряжений Оп 1 м частотой т 2 в разное в эависимостиот М иЛ число Кму раз, получая напряжения Ог 1 1 м, одинаковые при одном и том же А затем иэ напряжений ОЬм. формируют напряжения Отп 2.1 соответствующей ввеличины и частоты т 2, выделенные значения по модулю которых на каждомТ 1полупериоде - представляют квазипря 2моугольныЕ напряжения вида меандр, при этом коэффициенты изменения К му задаютО 2 усрПО ВЫражЕНИЮ Кму- О, ГдЕ 02 уср 01 Мсрсреднее значение составляющей Оа выходного квазисинусоидального напряжения частоты 1 з на рабочей частоте ее полупериТзода - , получаемой из напряжения2Отп 2,1 частоты 2 путем преобразования частоты укаэанного напряжения в частоту 1 з, а также соответствующего изменения Длительности и фазы, 01 мср - сРеДнее значение составляющей 01 м напряжения Оч наТ 1рабочей части ее полупериода - , а мгно 2венное значение напряжения О тп 2,1 составляет О тп 2,1 = Й 1 м, затем осуществляют формирование упомянутого многоступенчатого квазисинусоидального напряжения путем суммирования соответствующих для каждый фазы напряжений 0211656643 Я ЬаЬм уоаблени ююнеа бР,Я;й 1 т,7 а Сион нййр ктор С. Ше Реда Заказ 2056 Тираж 388 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открыти 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5, г. Ужгород, ул,Гагарина, 10 0 г,бСоставитель Г, Мыцык Л, Пчолинская Техред М,Моргентал роиэводст вен но-иэдател ьский комбинат "Пате к Вюаам улрабяени неюей Оаа 7 лги,Ы, Б 7) 6 У, Я 7 Г 7.т, 7 б ения а 7 а,7 Ю,Ю 7 ,Г бгайж упрабленая юлю/ей 7 У,бибУ Л,Злам еяабяения ююей ю кон, И, йЮ51015 ного изменения частоты изменяют мгновенные значения фоомирчемых составляющих01 м напряжения 0 в разное число К щ аэ, полквазипрямоугольное вида меандр. синфаэное с Уч напряжение О т 2.1 частотой 11, где М 25 30 ного выходного напряжения и разбиенияТэполупериода - на 6 временных интерва 2лов; на фиг, 3 и 5 - принципиальные электрические схемы силовой части преобразователей с указанными параметрами для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 4 и б - структурные схемы управления указанными преобразователями.Операции предлагаемого способа осуществляют в следующей последовательности:- разбивают каждый полупериод напряжения Од на и одинаковых временных интервалов;- делят мгновенное значение напряжения О на составляющие на каждом интервале:- при преобразовании без промежуточучают измененное напряжение Ом, а затем- номер составляющей напряжения; 1 - номер составляющей выходного квазисинусоидального напряжения;- при преобразовании с промежуточным изменением частоты сначала производят преобразование формируемыхСОСтаВЛЯЮЩИХ 01 м ЧаСтстОй т 1 В НаПРЯжЕние 01 п 1 м частотой тг 11, а затем изменяютмгновенные значениЯ Оя 1 м частотой 1 г вразное число раз Кмз и получают измененные значения 0 п 1 м, а затем напряжениеОтпг,1 частотой 12,- преобразуют каждое напряжениеОтг,1 частотой б 1 или наряжение Отпг,1 частотой 12 в квазипрямоугольную составляющуюОгз частотой 1 э квазисинусоидального напряжения,- формируют иэ составляющих Огз квазисинусоидальное напряжение частотой 1 з,На фиг, 1 а показано разбиение полупеТ 1риода - на б одинаковых временных интер 2валов; б - деление напряжения О насоставляющие напряжения 011, 012 и 01 хв - изменение мгновенных значений напряжений 011-01 з в разное числа. раз, получение напряжений 011 - 01 з и формированиеиз них кваэипрямоугольных напряженийОт 21-Отгв вида меандр с волнистыми вершинами (напряжения От 22-От 2 в отличаютсяот От 21 только величиной); г - преобразование напряжений ОТ 21-Отгв частотой т 1 в квазипрямоугольные напряжения 021 - Огвчастотой 1 э; д - формирование линейных 35 40 45 50 55 напряжений Одв, Овс, Осд иэ напряжений021 - 02 в (напряжения Одв, Овс не показаны),Согласно фиг. 16 и принципч делениянапряжение О, на первом интервале 0-11содержит одну составляющую напряжения011, мгновенное значение которой равно исходному, т.е. 011=0, на втором интервалет 1-12 - две составляющие напряжения 011 и012, сумма которых равна исходному напряжению, т.е. 011+012=0, на третьем 12-1 з ичетвертом тэинтервалах - три составляющие 011, 01 г и 01 з, сумма которыхравна исходному напряжению, т. е.011+012+01 З=О. на пятом интервале 14-15две составляющие 011 и 012, сумма которыхравна исходному Оч, т,е. 011+012=0, а шесТ 1том интервале Ь --- одну составляющую2011, равную исходному значению, т.е.011= Оч. При этом среднее напряжения 011,которое образуется на первом интервале,равно среднему значению напряжения Она этом интервале, т,е. О 11 ср=ОЩ среднеезначение составляющей напряжения 01 г,образующейся на втором интервале, равноразности средних значений О на втором ипервом интервалах, т.е. О 1 тр=ОЯ - ОД, иостается постоянным на интервалах формирования 12, тз, 14 и 1 в, среднее значение составляющей напряжения 01 э.образующейся на третьем интервале, равноразности средних значений напряжения 0на 3 м и 2 м интервалах, т е,О 1 эяр=ОД - О, и остается постояннымна интервалах формирования 1 з и 14, среднее значение составляющей напряжения012, формирование которой прекращаетсяна б-м интервале, равно разности среднихзначений 0 на 5-м и 6-м интервалах, т.е.ОЭто = сесе -йтбтя, среднее значение напряжения 01 з, формирование которого прекращают на 5-м интервале, равно разностисредних значений О на 4-м и 5-м интервалах, т,е, О 1 эср=О 4 - Н 3, а среднее эначе.ние напряжения 011, для которого 6-чинтервал является последним интерваломформирования, равно й 11 ся- ОЯМгновенные значения сОставляющихнапряжений 011, 012. 01 э согласно фиг, 1 визменяют и формируют из измененных напряжений квазипрямоугольные. синфаэныеС О напряжЕния От 21-0 тгВ, ксличЕСтВО каторых определяется числом составляющихтрехфазной системы квазисинусоидальныхнапряжений частотой 1 э (шесть на фиг. 1).Мгновенные значения напряжений 011, 012, 165664301 з изменяют для формирования напряжения От 21, показанного на фиг. 1 в, в К 11, К 21 и Кз 1 раз, получая одинаковые напряжения 01 ф),012(1),01 з(1), равные От 21 на соответствующих интервалах, для формирования напряжения От 22 в К 12, К 22 и Кз 2 раз, получая одинаковые напряжения 011(2),012(2),013(2), равные От 22. Аналогично изменяют составляющие напряжения О и для формирования остальных напряжений От 23 - От 26. При этом каждый коэффициент изменения напряжения равен отношению среднего значения формируемого напряжения От 2,1 за полупериод - , равного средТ 1 15 2нему значению кваэипрямоугольного напряжения 02,1 частотой 1 з на рабочей часТзти полупериода - , являющегося состав 2 20 ляющей выходного квазисинусоидального напряжения, к среднему значению изменяемого напряжения на рабочей части полупеТ 1риода - . Ток, обусловленный каждым из2 25 напряжений ОТ 21 - ОТ 26, равен сумме приведенных токов, обусловленных теми измененными составляющими напряжения О, которые участвуют в данный момент времени в формировании каждого из указанных 30 напряжений. Следовательно, суммируемое число приведенных токов зависит от номера интервала.В соответствии с фиг, 1 г преобразуют синфазные напряжения ОТ 21-От 26 разных 35 величин и частотой 11 в квазипрямоугольные наряжения 021 - 026 частотой 13 разных фаз и одной и той же величины, что и напряжения соответственно От 21-0 т 26, Формируют линейные многоступенчатые квазисинусои дальные напряжения частотой 1 з:Одв - из напряжений 021, 022, 026 и 026. Овс -из Огз; Осд-из 021-024(Одв и Овс на фиг, 1 д не показаны).На фиг. 2 а показано разбиение полупеТ 1риода - на 12 одинаковых временных2интервалов; б - деление напряжения О на составляющие 011-0 16; в - преобразование частоты 11 составляющих напряжений 011- 50 016 в частоту 12, 12=2411 и получение напряжений Оп 11-Оп 16; г - изменение мгновенных значений напряжений Оп 11- Оп 16 частотой 12 в разное число раз, получе 1ние напряжений Оп 11-Оп 16 и 55 формирование из них напряжений Отп 21- Отп 26 частотой т 2 (напряжения Отп 22-Отп 26 отличаются от Отп 21 только величиной ); д - преобразование напряжений Отп 21-Отп 26 частотой 12 в квазипрямоугольные напряжения с волнистыми вершинами 021-026 частотой 1 з, 1 з=211; е - формирование линейных напряжений Одв - из напряжений 021, 022, 026 и 026; Овс - .иэ напряжений 02 З-О 26, Осд - из напряжений 021-024 (Одв, Овс на фиг.2 е не показаны),Согласно фиг, 2 б и принципу деления напряжение Оч на 1-м интервале 0-11 содержит одну составляющую напряжения 011, равную 011=0 ч, на втором интервале 11 - 12 - две составляющие напряжения 011 и О;2, сумма которых равна исходному напряжению, т,е, 011+012=0, на третьем 12-1 з, четвертом тз-И, пятом 14-с 6, шестом 15 - 16 интервалах число составляющих растет соответственно до трех, четырех, пяти и шести и сумма их на каждом интервале также равна напряжению О, На седьмом интервале т 6 - т 7 сумма и число составляющих такие же, как и на шестом. Далее количество составляющих на интервалах восьмом 17 - 16, девятом т 6-19, десятом 19-с 1 о, одиннадцатом с 1 о-т 11 падает соответственно до пяти, четырех, трех и двух и сумма составляющих равна напряжению О, На двенадцатомТ 1интервале 111 -- , напряжение Оч содер 2жит одну составляющую 011, т,е. 011=0, При этомсреднее значение напряжения 011, которое образуется на первом интервале; равно среднему значению напряжения стт на атом интервале, т.е. Ы 11 ср= с.аср и остается постоянным на интервалах от 1-го до 12-го, среднее значение напряжения 012, образующееся на втором интервале, равно разности средних значений напряжения Оч на втором и первом интервалах, т.е. Н 12 ср=ОЯ - Обсе и остается постоянным на интервалах от второго по одиннадцатый, средние значения напряжений 01 з, 014, 015 и 016, образующиеся соответственно на 3- м, 4-м, 5-м и 6-м интервалах, равны О 1 аср=ОЯ - ОЯ; Орср= Йф - ОЯ О 15 ср=стася - Ыбср, Обср=ОЯ - ОД И Оотаются постоянными на интервалах с 3-го по 10-й, с 4-го по 9-й, с 5-го по 8-й, с 6-го по 7-й, Средние значения напряжений 016, 015, 014, 01 з и О 12, формирование которых прекращается соответственно на 8 - м, 9 - м, 10-м, 11 - м, 12 - м интервалах, равНЫО 1 бср = ттбсР ОЯН 1 бср - ОД Оф 012 ср = 01 ср - О ср Двенадцатый интер вал является последним интервалом формн рования нап ряжения 011, поэтом; О 11 ср = ыЯ - йбср Напряжения 011-01, частотой 11 преобразовывают согласно фиг10 15 2 в в напряжения ОП 11-ОП 16 частотой 12, 12=2411 с теми же мгновенными абсолютными значениями, что и напряжения 011 - 016.Мгновенные значения напряжений Оп 11-0 п 16, как это показано на фиг, 2 г, изменяют и из измененных напряжений Оп 11 - Оп 16 с паузами той же длительности, что и в напряжениях 011-016 (от 0 до - Т 1), фор 512мируют напряжения Отп 21-Отп 26 беэ пауз частотой 12, количество которых определяется числом составляющих трехфаэной системы квазисинусоидальных напряжений частотой 1 з (шесть на фиг. 2 д), Мгновенные значения напряжений Оп 11 - Оп 16 изменяют для формирования напряжения Отп 21 в К 11- К 61 раз, получая одинаковые напряжения ОП 11(1)Оп 16(1) равные Отп 21. для формирования Отп 22 в К 12 - К 62 раз, получая одинаковые напряжения Ог 111(2)Ог 116(2), равные Отп 22. Аналогично изменяют Оп 11- Оп 16 для формирования остальных напряжений Отп 2 з-Отп 26. При этом каждый коэффициент изменения напряжения равен отношению среднего интегрального абсолютных значений формируемого напряжения, равного среднему значению квазипрямоугольного напряжения частотыТз 1 з на рабочей части полупериода - , явля 2 ющегося составляющей квазисинусоидального напряжения, к среднему значению соответствующей составляющей напряжеТ 1 ния Оч на рабочей части полупериода - ,2 Ток. обусловленный каждым из напряжений Отп 21 - Отп 26,равен сумме приведенных токов, обусловленных теми измененными составляющими из Ог 111 - ОЬ 6, которые участвуют в данный момент времени в формировании каждого из указанных напряжений. Следовательно, число суммируемых приведенных токов зависит от номера интервала.,В соответствии с фиг. 2 д преобразуют напряжения Отп 21- Отп 26 разной величины и частотой 12 в кваэипрямоугольные напряжения 021 - 026 частотой з и разных фаз, по величине соответствующие напряжениям Отп 21 Отп 26Согласно фиг. 2 е формируют многоступенчатые кваэисинусоидальные линейные напряжения частотой 1 э: Одв - из напряжений 021, 022, 026 и 026; Овс - иэ напряжений 02 з; Осд - из напряжений 021-024.В случае 12-11, разбиения полупериода - на шесть временных интервалов (1=б), Тз2 20 25 30 35 40 45 50 55 1более низкой частоты на выходе 1 з= - 11 и2 Т 1разбиения полупериода - также на2шесть временных интервалов (п=б) для того,чтобы удовлетворялось приближенное условие квазисинусоидальности выходного наТ 1пряжения: п- , предложенный1 Эспособ может быть осуществлен устройством, пример принципиальной электрической схемы силовой части которого показан на фиг, 3.Устройство содержит один транформатор 1 с тремя первичными 2 - 4 и шестью вторичными 5-10 обмотками. Последовательно с первиными обмотками 3 и 4 включены рабочие выводы ключей 11 и 12 переменного тока. Параллельно цепи: обмотка 3- ключ 11 подсоединен ключ 13 переменного тока, параллельно цепи обмотка 4 - ключ 12 включен ключ 14. Обмотка 2 и указанные цепи обмоток 3 и 4 и ключей соединены последовательно и включены на напряжение 0. Вторичные обмотки 5-10 своими выводами соединены с рабочими выводами ключей переменного тока соответственно. обмотка 5 - с ключами 15 и 16, обмотка б - с ключами 17-19, обмотка 7 - с ключами 20 и 21, обмотка 8 - с ключами 22 - 24, обмотка 9 - с ключами 25 и 26, обмотка 10 - с ключами 27 - 29, Вторые выводы двух или трех ключей, связанных с одной и той же вторичной обмоткой, образуют один выходной вывод демодулятора (ДМ), Вторым выходным выводом ДМ является средний вывод вторичной обмотки. Два последовательно соединенных ДМ с обмотками 5, 6 образуют фазу А; с обмотками 9 и 10 - фазу В;с обмотками 7 и 8 - фазу С,Согласно структурной схеме на фиг, 4 а система управления ключами 11 - 14 содержит задающий генератор 30, управляющий кольцевой пересчетной схемой 31, примененной в качестве фазорасщепителя, Выходные напряжения узла 31 суммируются в сумматоре 32, затем выпрямляются в детекторе 33 и подаются на управляющие входы ключей 11-14. Задающий генератор 30 синхронизируется источником переменного тока. На фиг. 4 б показана структурная схема системы управления ключами 15-32, которая содержит задающий генератор 34, синхронизируемый в случае необходимости (для снижения коэффициента искажения синусоидальности выходного напряжения) источником переменного тока частотой 11, кольцевую пересчетную схему 35 в качестве фазорасщепителя, к трем выходам которой10 1656643 3, то среднее эна нию обмотк ние напряжения 012 с О 2 ср ОЯ - ОД = интервале с 2-сз разм кается ключ 12 и е напряжение Оч дели тельно соединенным скольку отношение авно 3 011 ср, На третьем ыкается ключ 14, замы ще большей величины тся между последова и обмотками 2 - 4. По витков обмоток 4 и 2 принимается равным то одинаковыми нриода являются срния От 21 на обмнапряжение обмопрямоугольной фпрямоугольному,валов в полупери бсреднее значение на мотке 4 равно 01 зср= четвертом интервале чей не меняется. пос ние напряжения О третьем интервале, и ряж Я Я 013 ср ндс = 011 с остояние клюсреднее значеже, как и на остаются вклюльк ако том подключены первые входы фазоимпульсных модуляторов 36 - 38, вторые входы которых соединены с выходом формирователя 39 прямоугольного напряжения, включенного на выводы источника переменного тока частотой т 1. В ыходы модуляторов подключены к управляющим входам (попарно) ключей 15, 16, 20, 21, 25 и 26, Остальные три выхода узла 35 соединены с входами двух сумматоров 40 и 41 с выходными напряжениями различного заполнения частотой з С первого сумматора выходные напряжения подаются через детектор 42 на управляющие входы ключей 18, 23 и 28, а с второго сумматора выходные напряжения подаются на первые входы фаэо-импульсных модуляторов 43-45, вторые входы которых соединяются с выходом формирователя прямоугольного напряжения "меандр" 39, включенного на напряжение О, Выходы мо дуляторов подключены к управляющим входам пар ключей 17 и 19, 22 и 24, 27 и 29,Т 1Разбиение каждого полупериода2 на шесть временных интервалов, как это показано на фиг,.1 а, осуществляется ключами 11-14 переменного тока в соответствии с временными диаграммами напряжений УпРавленив Оу 11-Оу 14 (фиг, 1 е). На пеРвом интервале О-т 1, начало которого совпадаетТ 1с началом полупериода - (фиг. 1 а), клю 2чи 14 и 13 замкнуты, а ключи 11 и 12 разомкнуты и обмотка 2 включена на напряжение О, На втором интервале т 1 - тр размыкается ключ 13, замыкается ключ 11 и возросшее напряжение О делится между последовательно соединенными обмотками 2 и 3. Поскольку отношение чисел витков обмоток 3 и 2 выбирается равным отношеченными на напряжение О три обмотки 24, На пятом интервале т 4-с напряжение Оменьше, размыкается ключ 12, замыкаетсяключ 14, исключается иэ цепи последова 5 тельно включенных обмоток обмотка 4, напряжение О делится между обмотками 2 и3, При минимальном напряжение О, на шеТ 1стом интервале т 5 -- разомкнут ключ 11,210 зэмкнут ключ 13 и напряжение О, приложено к одной обмотке 2,Формируемую составляющую напряжения 0 представляет напряжение на обмотке на тех интервалах, на которых к обмотке15 приложены часть или полное напряжениеО,. На остальных интервалах вследствиетрансформаторной связи имеется наведенное напряжение нэ отключенной от напряжения 0 обмотке, однако она не участвует20 в передаче энергии из первичной цепи вовторичную, Составляющие 011, 012, 01 з напряжения О, показаны на фиг, 1 б.Изменение мгновенных значений составляющих напряжения О, осуществляет 25 ся также трансформатором, при этом всоответствии с изложенным принципомдействия, как это показано на фиг, 1 в, получаются одинаковые измененные значения,1соответс 1 вующих составляющих 01 м на30каждом интервале(011 и 012 на втором интервале, 011 ОЬ 01 з на третьем и четвертом интервалах и т.д.) приложенных кодной и той же вторичной обмотке, напри 35 мер, обмотке 5 на фиг. 3. Число первичныхобмоток, напряжение которых является составляющей напряжения О, различно наразных интервалах и меняется от одной напервом интервале до трех на третьем, а эа 40 тем от трех обмоток на четвертом интерваледо одной нэ шестом, т.е, всегда имеется оти и+1одной до - (четное и) или --- (нечет 2 2ное и) обмоток, через которые передается45 энергия иэ сети в обмотку 5. Поэтому сформированное напряжение на вторичной обмотке От 21 не имеет паузы, а являетсянепрерывной временной функцией. Так какна каждой первичной обмотке среднее зна 50 чение напряжения одинаково на разных инТреалах рабочей части полупериода2 а всех интервалах полупеедние значения нэпряжеотке 5, Сформированное тки 5 получается квазиормы и оно тем ближе к чем больше число интероде, Такой же формы, нодругой величины являются сформированные напряжения 0722-0726 на остальныхвторичных обмотках б - 10,Преобразование напряжений на обмотках 5-10 частотой 11 в кваэипрямоугольныенапряжения 021-026 частотой 13 с разнымифазами и паузами осуществляется с помощью шести демодуляторов, выполненныхна ключах 15 - 29, В результате сложениявыходных напряжений демодуляторов (021026, фиг. 1 г) образуются три линейных квазисинусоидальных напряжения, одно изкоторых (Осд) показано на фиг. 1 д. Средниезначения напряжений 021-026 на рабочейТзчасти полупериода - , обозначаемые202 ср, свлзаны с амплитУДой основной гаРмоники выходного линейного напряженияпреобразователя Оп,1, числом временныхинтервалов 1 и номером группы 1, объединяющей вторичные обмотки трансформатора с одинаковым числом витков,следующим уравнением:Очср = Олщ 1 Р СО 62 (У - 1 + - ) ф1т =1;0 2 чср= 20 лю Р СО 82 (и - 1 + - ) ф -Р ) 1,1 1 б3 В преобразователе 1=б обмотки 5, 7 и 9 входят в группу с ю =1, а обмотки б, 8 и 10 - в группу с р =2,Если на выходе преобразователя требуется одна фаза, достаточны четыре вторичные обмотки с напряжениями, например, ОТ 23 - ОТ 26 и четыре демодулятора на ключах 20 - 29 с выходными напряжениями 023 - 026. Возможно уменьшение числа обмоток и демодуляторов до трех, Однако в этом случае увеличивается количество их исполнений с двух до трех.На входы ключей 11 - 14 подаются упРавлЯющие напРЯжениЯ Оу 11 Оу 14 частотой 201(фиг. 1 е), образованные с помощью узлов 30-33 (фиг. 4 а) и представляющие собой абсолютные значения сумм или разностей выходных напряжений кольцевой пересчетной схемы Оср.12, Оср.13, Оср.15 и Оср.16 вида меандр;0 у 11 - Оср 12 - Оср 16О у 12 = Оср 13 - Оср 15.0 у 13,10 ср 12 + Оср 16О у 14 = 1 Ор 13+ Оср 15Ключи 15, 16, 20, 21, 25 и 26 трех демодуляторов управляются напряжениями Оу 15, Оу 16, Оу 2 о, Оу 21, Оу 25, Оу 26, представляющими собой модулированные по фазе напряжения (фиг. 1 ж, модулируемой функцией является напряжение прямоутольной формы (вида меандр) Оср,п формирователя 39, синфазное с напряжением О, а модулирующими функциями - выходные напряжения кольцевой пересчетной схемы 5 Оср 21, Оср 23 Оср 25 таКжЕ ВИДа МЕаНДР Ичастотой 3. Укаэанные напряжения управления равны;О у 15 = - Оу 16 =2 Оср 21 Оср.ПО у 20 = -Оу 21 =2 О р 23 О р и;10 О у 25 = Оу 26 =2 Оср 25Оср.ПКлючи 18, 23 и 28 остальных демодуляторов управляются напряжениями Оу 18, Оу 23 и Оу 28, котоРые обРазУютсд после Детектирования сумм или разностей напряже НИй Оср 22, Оср 24, Оср 26 КОЛЬЦЕВОЙпересчетной схемы (фиг, 1 ж), Эти напряжения управления равны;Оу 18 = 1 Оср 22 + Оср 26 1:Оу 23 =Оср 24 - Оср 22 1;20 Оу 28 = 10 ср 26 - Оср 24На входы ключей 17, 19, 22, 24, 27 и 29йоДаютсЯ напРЯжениЯ УпРавлениЯ Оу 17, Оу 19, Оу 22, 024, Оу 27, Оу 29, представляющие модулирование по фазе напряжения (фиг.25 1 ж), модулируемым является напряжениеПРЯМОУГОЛЬНОЙ ФОРМЫ Оср.п ЧаСтстсй 11, МО- дулирующими - выходные напряжения сумматора 42 частотой 13, равные сумме или раЗНОСтИ НаПряжЕНИй Оср 22, Оср 24, Оср 26 30 кольцевой пересчетной схемы 35, Указанные напряжения управления равны;Оу 17 = Оу 19 = ( Оср 22 Оср 26 )ОсрП;Оу 22 = Оу 24= ( Оср 24 +Оср 22 ) ф ОсрП;Оу 27 = - Оу 29 = ( Оср 26+Оср 24 ) ф ОсрП, 35 В случае промежуточного повышениячастоты от 11 до 12 (например, 12=2411 ),более высокой частоты на выходе (например,ТЗ13 = 21 1), разбиения полупериода - на 40 шесть временных интервалов и в соответствии с этими данными для того, чтобы выполТ 1нялось условие и 1 - , разбиенияТЗТ 145 полупериода - на 12 временных интер 2валов, предложенный способ может быть осуществлен устройством, пример принципиальной электрической схемы силовой части которого показан на фиг. 5.50 Устройство содержит один трансформатор 46 с шестью первичными обмотками 47- 52 и шестью вторичными 53-58, Первичные обмотки своими началом, средним выводом и концом соединены с рабочими выводами ключей переменного тока соответственно: обмотка 47 - с ключами 59 и 60, обмотка 48 - с ключами 61 - 63. обмотка 49 с ключами 64, 65 и 66, обмотка 50 - с ключами 67, 68 и 69, обмотка 51 с ключами 70-72, обмотка 52- с ключами 73 - 75. Вторыми выводами каждые два или три ключа соединены друг с другом и образуют один входной вывод каждого модулятора напряжения, вторым входом его является средний вывод вторичной обмотки, Шесть модуляторов напряжения соединены своими входами последовательно и включены на напряжение Оу. Вторичные обмотки соединены с ключами 76-90 переменного тока и образуют шесть демолуляторов, соединенных между собой по такой же электрической схеме, как и показанная на фиг. 3. Система управления ключами 59-75 согласно структурной схеме на фиг. ба содержит задающий генератор 91. синхронизируемый источником переменного тока, делитель 92 частоты, управляющий кольцевой пересчетной схемой 93, примененной в качестве фазооасшепителя. Выходные напряжения ее вида меандр частотой 11 в одном канале суммируются в сумматоре 94, затем его выходные напряжения выпрямляются в детекторе 95 и подаются на управляющие входы ключей 62, 65, 68, 71 и 74, а во втором канале суммируются в сумматоре 96, его выходные напряжения. а также одно из выходных напряжений звена 93 подаются на первые входы шести ячеек 97- 102 фазо-импульсных модуляторов, вторые входы которых соединяются с выходом задающего генератора 91, Выходы этих модуляторов подключаются к управляющим входам (попарно) ключей 59.и 60, 61 и 63, 64 и 66, 67 и 69, 70 и 72, 73 и 75. На фиг. 66 показана структурная схема системы управления ключами 76-90, которая содержит задающий генератор 103, синхронизируемый (при необходимости) источником переменного тока и управляющий кольцевой пересчетной схемой 104. Три выходных напряжения ее вида меандр частотой 1 з подаются на первые входы трех ячеек 105-107 фаэо-импульсных модуляторов, вторые входы которых соединены с выходом задающего генератора 91. Выходы модуляторов подключены к управляющим входам попарно) ключей 76 и 77, 81 и 82, 86 и 87. Остальные три выходных напряжения звена 104 в одном канале суммируются в сумматоре 108, затем его выходные напряжения выпрямляются в детекторе 109 и подаются на входы управления ключей 79, 84 и 89, во втором канале выходные напряжения звена 104 суммируются в сумматоре 110. а его выходные напряжения подаются на первые входы трех ячеек 111 - 113 фаэо-импульсных модуляторов, вторые входы которых соединены с выходом звена 91. Выходынапряжения 012 равно 012 ср= вОЯ О 1 с=к 1011 ср Оссср=О 1 с, на третьем интервале 2-тз замыканием и размыканием соответствующих контактов обеспечивается деление напряжения Ор между входными напряжениями 011 - 01 з частотой 11(фиг. 26) 1-го. 2-го и 3-го модуляторов, на выходах которых образуются напряжения Оп 11 0013 частотой 12 (на фиг, 2 в, напряжения левых секций обмоток 47-49), Поскольку средние значения входного напряжения каждого модулятора одинаковы на всех интервалах, а отношение чисел витков обмоток 49 и 47 1 О 15 20 25 30 35 40 модуляторов подключены к управляющимвходам (попарно) ключей 78 и 80, 83 и 85, 88и 90,Т 1Разбиение каждого полупериода2 напряжения О, на 12 временных интервалов, как это показано на фиг, 2 а, осуществляется ключами 59-75 переменного тока в соответствии с временными диаграммами напРЯжений УпРавлениЯ Оу 59 Оу 75 (фиг. 2 ж). На первом интервале 0-11 замкнуты поочередно ключи 59 и 60 (половину интервала каждый) и постоянно ключи 62, 65, 68, 71 и 74, а разомкнуты поочередно ключи 60 и 59 и постоянно - остальные ключи с номерами в указанных пределах. Следовательно, входное напряжение 011 на фиг. 26 первого модулятора напряжения равно напряжению Ор, Это входное напряжение поочередно с частотой 12 прикладывается к левой и правой секциям обмотки 47. поэтому напряжение их имеет повышенную частоту, 12 (напряжение Оп 11 левой секции на фиг, 2 в), Таким образом осуществляется преобразование напряжения 011=0 частотой Г 1 в напряжение ОП 11 частотой г 2. На втором интервале И-и замкнуты поочередно ключи 59 и 60, 61 и 63 и постоянно ключи 65. 68, 71, 74, а разомкнуты поочередно ключи 60 и 59, 63 и 61 и постоянно - ключи 62, 64, 66. 67, 69. 70, 72, 73 и 75, Напряжение Ом делится между входными напряжениями 011 и 012 частотой 11(см. фиг. 26) первого и второго модуляторов, которые одновременно преобразуют указанные напряжения в напряжения соответственно Оп 11. Оп 12 частотой 12 на фиг. 2 в напряжения левых секций обмоток 47 и 48). Поскольку средние значения напряжения 011 на первом и втором интервалах одинаковы, то есть ОЯр -- ОЯр, а отношение чисел витков обмоток 48 и 47 принимается равным отношениюпринимается равным 55 то среднее значение напряжения 01 з равно О 1 зср=отто - Отвв -Кто 11 ср, Нв четвертом, пятом и шестом интервалах по указанному принципу определяют отношения чисел витков обмоток соответственно 50 и 47, 51 и 47, 52 и 47 и находят средние значения напряжений 014 - 016, а значит мгновенные значения укаэанных напряжений, а также напряжений Оп 14-Оп 16(фиг. 2 б, в). На седьмом интервале состояние всех ключей не меняется, поскольку среднее значение О такое же, как на шестом интервале. Поэтому напряжение 0 делится между всеми шестью модуляторами. На восьмом-одиннадцатом интервалах посредством соответствующего переключения ключей изменяется число модуляторов, включенных своими входами последовательно на напряжение 00, в пределах от пяти на восьмом интервале до двух модуляторов на одиннадцатом. Таким образом, можно найти мгновенные значения входных и выходных напряжений всех модуляторов на седьмом - двенадцатом интервалах (см. фиг.2 б, в).Изменение мгновенных значений составляющих 01 м напряжения О после преобразования их частоты 11 в частоту 12 и образования таким образом напряжений Оп 1 ПРОИЗВОДИТСЯ С ПОМОЩЬЮ тРаНСфОРМатора 46. При этом получаются одинаковые измененные значения соответствующих составляющих напряжений частотой 12 на каждом интервале (ОЬ 1 и ОГ 112 на втором интервале, ОЬ 1 - Оп 1 з на третьем интервале и т,д.,фиг. 2 г), приложенных к одной и той же вторичной обмотке (например, 53 на фиг. 5). Число модуляторов, входные напряжения которых являются составляющими напряжения Оч, различно на разных интервалах и меняется от одного на первом интервале до шести на шестом, а затем от шести на седьмом интервале до одного на двенадцатом, т,е. всегда имеется от одногои и+1до - (четное и) или 2 (нечетное и) модуляторов, через которые передается энергия из сети в обмотку 52, Поэтому сформированное напряжение на вторичной обмотке Отп 21 не имеет пауз, а является непрерывной временной функцией с частотой 12. Так как среднее значение входного напряжения каждого модулятора одинаково на всех интервалах рабочей части полТ 1упериода - , одинаковыми на всех2 10 15 20 25 30 35 40 45 50 интервалах являются средние интегральные абсолютных значений напряжения на обмотке 53. Напряжения Отп 22-Отп 26 на остальных вторичных обмотках 54 - 58 также являются непрерывными временными функциями и отличаются от напряжения на обмотке 53 только величиной,Преобразование напряжений Отп 21 Отп 26 частотой 12 на обмотках 53-58 в квазипрямоугольные напряжения 021 - 026частотой 1 э разных фаз и длительностей рабочей части полупериода - (фиг. 2 д) осуТз2ществляется с помощью шестидемодуляторов, выполненных на ключах 76 -90. Средние значения напряжений 021 - 026Тзна рабочей части полупериода - опреде 2ляются из приведенного уравнения, В результате сложения соответствующихвыходных напряжений демодуляторов образуются три линейных квазисинусоидальных напряжения, одно из которых(ОСА)показано на фиг. 2 е.Возможно также построение преобразователя с однофазным выходным напряжением, имеющего, как указывалось выше,меньше вторичных обмоток и демодуляторов, а значит и ключей.На входы ключей 62, 65, 68, 71, 74 модуляторов подаются управляющие напряжения с соответствующими индексами (фиг.2 ж),которые образуются после выделения вдетекторе 96 (фиг, 6 а) абсолютных значенийвыходных напряжений сумматора 94, Напряжения управленияО уб 2 ЧО ср 12 + Оср 112 1;О уб 5 10 ср 13+ Оср 111 1:О убб =О ср 14+ Оср 110О у 71 =Ю ср 15+ Оср 19О ч 74 =10 со 16+ Оср 18 :гДе Оср 12 - Оср 112- выхоДные напРЯжениЯвида меандр кольцевой пересчетной схемы 93.Остальные ключи модуляторов (59, 60,61, 62.,73, 75) управляются прямоугольными напряжениями вида меандр частотой 12.модулированными по фазе выходным наПряжЕНИЕМ Оср 11 ЭВЕНа 93 И ВЫХОДНЫМИ Напряжениями сумматора 96 частотой 11:01 е 12 = О ср 12 - Оср 112;013 = 0 ср 13 - Оср 111;01 р 14 0 ср 14 - Оср 110015 = О ср 15 - Оср 19;016= 0 ср 16 - Оср 18Фаэо-импульсная модуляция осуществляется в ячейках 97-102, на входы каждойячейки подаются прямоугольные напряжения Ог 1 частотой 12 и одно из напряжений50 электроэнергии. ф 1, 012-016 частотой т 1, выходное напряжение каждой ячейки равно произведению входных напряжений (фиг, 2 ж).На входы ключей 76, 77, 81, 82, 86 и 87 демодуляторов подаются напряжения уп- РавлениЯ Оу 76, Оу 77, Оу 81, Оу 82, Оувб, Оу 87 фиг, 2 л), образованные на выходе ячеек 105-107 (фиг. 66) и представляющие собой выходные прямоугольные напряжения частотой Г 2 звена 91, модулированные по фазе выходными напряжениями кольцевой пере- счетной схемы 104 Оср 21, Оср 2 з и Оср 25 частотой 1 з. Напряжения управления равныО у 76 - 0 у 77 20 ср 21ОзГ 1О у 81=- О у 82 = 20 ср 23 ОзГО у 86=- 0 у 87= 20 ср 25 ОзГ 1 .На входы ключей 79, 84 и 89 демодуляторов подаются напряжения управления Оу 79. Оу 84 и Оу 89, показанные на фиг, 2 л, которые образуются после выделения в детекторе 109 абсолютных значений выходных напряжений сумматора 108, Напряжения управленияО у 79= (О ср 22+ 026О у 84= (О ср 24- Оср 22(0 у 89= 1 О ср 26- Оср 24(где Оср 22, Оср 24 и Оср 26 - выходные напряжения звена 104.Ключи демодуляторов 78, 80, 83, 85, 88 и 90 управляют выходными прямоугольными напряжениями частотой 12 звена 91. модулированными по фазе выходными ,прямоугольными напряжениями частотой 1 з звена 110, равными0 22 = О ср 22 - 0 ср 26О 24 = О ср 24 + Оср 22О 26 = О ср 26 + 0 ср 24Напряжения управления составляют 0 у 78= - О у 80= 022ОзГ 1,О увз= - 0 у 86= Оеа 4 а Озг 1;О у 88 О у 90= 026ОэГ 1При большем числе временных интерТ 1валов и в полупериоде - растет число2первичных обмоток трансформатора (фиг. 3 и 5) согласно уравнению п 1= - четное и)и2и+1или п 1= - 1 нечетное и) и, следователь 2но, число ключей, включающих и выключающих обмотки, В структурных схемах систем управления (фиг. 4 а и 6 а) изменяются соответственно с изменением и и количество ключей, коэффициент пересчета, равный п, и число выходов кольцевых пересчетных схем, а также сумматоров. детекторов и число ячеек фазо-импульсной модуляции. При увеличении числа временных интервалов в 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Тзполупериоде - увеличивается число вто.2ричных обмото б и связанных с ними демодуляторов согласно уравнению О= и. следовательно, количество ключей, включающих и выключающих обмотки. В структурных схемах систем управления (фиг. 46 и 66) изменяются соответственно с изменением и число ключей, коэффициент пересчета, равный (, и количество выходов кольцевых пересчетных схем, а также сумматоров, детекторов и количество ячеек фазо-импульсной модуляции.Предложенный способ преобразования частоты позволяет применять простые схемы, комплектуемые известными функциональными узлами и элементами. Способ осуществляет промежуточное преобразование переменного однофазного напряжения не в постоянное. а в переменное однофазное напряжение другой формы той же или повышенной частоты, что позволяет исключить фильтры или значительно уменьшить их установленную мощность, Необходимость применения фильтров или их отсутствие обусловливается техническими требованиями к конкретному преобразователю по динамическим, массо-обьемным характеристикам и качеству электроэнергии. Например, если требуется обеспечить высокое быстродействие, точность выходных параметров преобразователяв динамике и одновременно заданное достаточно высокое качество электроэнергии (формы кривой выходного напряжения), то в этом случае необходимо ослабить или полностью исключить фильтры, но увеличить число интервалов и и 1, на которые разбиваютсяТ 1 Тзполупериоды - и - , что обеспечи 2 2вается увеличением числа ячеек делителя напряжения (или делителя - модулятора при т 211) и демодулятора напряжения.Таим образом применение предложенного способа в преобразователях, питающихся от однофазной сети переменного тока, позволяет улучшить динамические характеристики преобразования при одновременном сохранении высокого качества Формула изобретения Способ преобразования частоты переменного тока. при котором преобразовывают входное однофаэное синусоидальное напряжение О с амплитудой Оп и частотой 11 в квазипрямоугольные напряжения разной величины частотой 12, иэ которых после преобразования формируют. многоступен