Способ преобразования частоты переменного тока

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 42 А 2 М 5/ ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР МИТЕТОТКРЫТИ И качества выходного вания при сохраненнапряжения.На фиг. 1 изобрараммы напряженийТ 1полупериода - ча2 ены временные диагля случая разбиения тота 1 1) натношения еменных интервалов, со1= 11, 1 г=1), трехфаз астот 1 зо напря- в выходно а 6 ния и разбиения лупериода в; на фиг,2 жений для с 1/2 на 12 в шения част выходного временных интервал ныедиаграммы напр биения полупериода интервалов, соотно 1 г=2411, трехфазного- временлучая разременных от 1 э=211, напряжеОПИСАНИЕ ИЗОБР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССРМ 1157628, кл. Н 02 М 5/27, 1984.Авторское свидетельство СССРМ 1302398, кл. Н 02 М 5/27, 1985.Быков Ю.Г. Преобразователи частотыдля электроподвижного состава с асинхронными двигателями. - Электротехническаяпромышленность. Преобразовательная техника, 1980, с. 18-23,Руденко В.С, и др. Основы преобразовательной техники. - Изд-во Высшая школа,1980, с. 283-287. 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 электроэнергию другой частоты и /или другого числа фаэ, и может быть использовано в преобразователях однофаэного синусоидального напряжения с промежуточным повышением частоты (или без изменения ее) в однофазное или многофазное квазисинусоидальное напряжение в энергетике. автоматике и других отраслях, потребляющих энергию переменного тока.Цель изобретения - улучшение динамических характеристик процесса преобразо(54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНТЫ 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 из однофазного напряжения сдвинутых между собой по фазе квазипрямоугольных напряжений, которые затем суммируют в выходной цепи.Квазипрямоугольность составляющих выходного напряжения достигается соответствующим периодическим, изменением коэффициента трансформации, используемого при преобразовании трансформатора и введением между полуволнами этих составляющих соответствующей длительности пауз. Предлагается также модификация способа, в которой используется промежуточное высокочастотное преобразование. 6 ил.тчто позволяет исключить фильтры или значительно уменьшить их установленную мощность. Необходимость применения фильтров или их отсутствия обусловливается техническими требованиями к конкретному преобразователю по динамическим, массо-объемным характеристикам и качеству электроэнергии, Например, если требуется обеспечить высокое быстродействие, точность выходных параметров преобразователя в 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 , наТ которые разбиваются полупериоды - и2Тз- , что обеспечивается увеличением числа 2ячеек делителя напряжения (или дели геля - ,.одулятора при т 2т 1) и демодулятора нар,яжения,Таким образом, применение предло-енного способа в преобразователях, питающихся от однофаэной сети переменного тэка, позволяет улучшить динамические характеристики преобразователей при одновременном сохранении высокого качества электроэнергии. Формула изобретения Способ преобразования частоты переменного тока, при котором преобразовывают входное однофазное синусоидальное напряжение ц с амплитудой Оп и частотой 1 в квазипрямоугольные напряжения разной величины частотой 12, из которых после преобразования формируют многоступен- ,гое квазисинусоидальное напряжение частотой 1 з, при этом путем п 1-кратного повторения этих операций с фаэовым сдви 2 лом на - образуют п 1-фазный выход,По т л и ч а ю щ и й с я тем, что. с целью улучшения динамических характеристик процесса преобразования при сохранении качества выходного напряжения, разбивают каждый полупериод входного напряжения ц, на и одинаковых временных интервалов, где и - целое число, кратное шести, при этом начало первого интервала совпадает с началом полупериода, затем разбивают по уровню напряжение ц на составляющие напряжения ц 1 м на каждом -миинтервале от второго по - -й, где М - номер составляющей, так, чтобы либо среднее значение каждой составляющей ц 1 м, которую образуют на -м интервале, где =2, 3; М= 2,п и п и 3 при п=б и = - +1, - +2 - ; М= - -16б 2 б + при и 12, либо сумма средних значений двух составляющих ц 1 м 1, и ц 1 м 2, которые одновременно формируют на -м интервалеи и и при п 12, где =-2, - ; М 1= - -1+; м 2= -6бб +1-, были равны разности среднего значения напряжения цна 1-м интервале и среднего значения его на предыдущем интервале, а на каждом интервале от (и 2 +1)-го по (л - 1)-й напряжение ц разбивают по уровню так, чтобы либо среднее значение составляющей ц 1 м на -м интервале, формирование которой прекращают на +1-м интервале, где =4, 5; М= 1, 2 при п=б и =2+1, - и; М= -- при п 12, либо сум 5, п62ма средних значений двух составляющих ц 1 м 1, ц 1 м 2 при п 2 на -м интервале, фор мирование которых прекращают на +1-м интервале, где = - п+1,., п - 1;М 1= - и -5 3 б "2иМ 2= -- были равны разности среднего2значения напряжения ц на -м интервалеи среднего значения его на последующем интервале, причем при операции разложения ц на составляющие ц 1 м среднее значение составляющей напряжения с номерами 1,., и-- 1 равно среднему значению составляющей с номерами соответственно - и 23- +1. затем преобразуют частоту 11 формии3руемых составляющих ц 1 м в частоту 12 ц. получая напряжения цп 1 м, модулированные по амплитуде напряжениями ц 1 м, а затем изменяют мгновенные значения напряжений цп 1 м частотой 2 в разное в зависимости от М и Л число Км. раз, получая напряже- нияз 111 м, одинаковые при одном и том же .), затем из напряжений О 11 м формируют напряжения цтп 2, соответствующих величины и частоты 2, выделенные значения по модулю которых на каждом полупериоде Т 1- представляют квазипрямоугольные напряжения вида меандр, при этом коэффициенты изменения Км, задают по выражению02 срКм.1= О- -где,ср - среднее эна -д 1 Мсрчение составляющей ц 2. выходного квазисинусоидального напряжения частоты 1 з на1656642 22 21рабочей части ее полупериода - , полТз учаемой из напряжения итпгз частотой Гг путем преобразования частоты укаэанного напряжения в частоту 1 з, а также соответствующего изменения длительности и фазы;01 мср - среднее значение составляющей о 1 м напряжения ц на рабочей части ее полТ 1упериода - ,мгновенное значение на 2пряжения цтпгА составляет Отпгз-ип 1 м . Затем осуществляют формирование многоступенчатого кваэисинусоидал ьного напряжения путем суммирования соответствующих для каждой фазы напряжений игз.Сжгрнижни 1656642 Ф ЬщЬмулриЬюиялжоией ЮКЯ.7 Р 75 7 Р,РУРАМ К; Юодзм угрюйвюия юлией О иЮ 7;ОиЖ;7 Уи 7 У;7 Фи 7 Е 77 и 7 УЮ иЮР;ОиЮХ Л. ЬаЬм улгюАжчия моли 87,й,УУУУУУУ,7 Л пойм орИявюя лловой Ы иО;РУиУ 4 УРи УФ;УХиУ МиЮР;Ю 1 и 1Тз ния и разбиения полупериода - на 62временных интервалов; на фиг. 3 и 5 - принципиальные электрические схемы силовой части преобразователей с указанными параметрами для осуществления предлагаемого способа; на фиг, 4 - структурные схемы управления укаэанными преобразователями,Операции предлагаемого способа осуществляют в следующей последовательности:- разбивают каждый полупериод напряжения цна и одинаковых временных интервалов;- делят мгновенное значение напряжения цч на составляющие на каждом интервале;- при преобразовании беэ промежуточного изменения частоты 11 изменяют мгновенные значения формируемых составляющих ц 1 м напряжения ц, в разное число, Кьц, получают измененное напряжение ц 1 м, а затем квазипрямоугольное вида МЕаНДР СИНфаЭНОЕ С Цч НаПРЯжЕНИЕ Цт 2 Частотой т 1, где М - номер составляющей напряжения; 3 - номер составляющей выходного квазисинусоидального напряжения;- при преобразовании с промежуточным изменением частоты сначала производят преобразование формируемых составляющих ц 1 М частотой т 1 в напряжения цп 1 м частотой 121, а затем изменяют мгновенные значения напряжений цп 1 м частотой 12 в разное число раз Кмз и получают измененные значения цп 1 м, а затем напряжение цтпы частотой 12:- преобразуют каждое напряжение цт 2 з частотой т 1 или напряжение цтпа частотой 12 в квазипрямоугольную составляющую цгз частотой 1 э квазисинусоидального напряже- ния;- формируют из составляющих ц 2 кваэисинусоидальное напряжение частотой 1 з.На фиг, 1 а показано разбиение полупеТ 1риода - на 6 одинаковых временных ин 2тервалов; б - деление напряжения цч на составляющие напряжения ц 11, ц 12, ц 1 э; в - изменение мгновенных значений напряжений ц 1 г-ц 1 э в разное число раэ, получение напряжений ц 11 - ц 1 з и формирование из них квазипрямоугольных напряжений цт 21-цт 26 вида меандр с волнистыми вершинами (напряжения цт 22-цт 26 отличаются от цт 21 только величиной); г - преобразование напряжений цт 21 - цт 26 частотой т 1 в кваэипрямоугольные напряжения ц 21 - ц 2610 15 частотой 1 з; д - формирование линейныхнапряжений цдв, цвс, цсд из напряжений ц 2 г(напряжения цдв, цвс не показаны),Согласно фиг. 1 б и принципу деления напряжение цч на первом интервале О - т 1 содержит одну составляющую напряженияц 11, мгновенное значение которой равно исходному, т.е. ц 11=ц на втором интервале 11-12 - две составляющие напряжения ц 11 иц 12, сумма которых равна исходному напря- жЕНИЮ, т,Е. Ц 11+Ц 12=Цч; На тРЕтЬЕМ т 2-тэ Ичетвертом тэ - 14 интервалах - при составляющие напряжения ц 11, ц 12 и цэ, сумма которых равна исходному напряжению, т.е. Ц 1+Ц 12+Ц 1 З=.Цч, На ПЯТОМ ИНтЕРВаЛЕ т 4-т 5 - две составляющие напряжения ц 12 и ц 1 з,сумма которых равна исходному значению,Т 1т,Е. Ц 12+Ц 1 э=оч, На ШЕСТОМ ИНтЕРВаЛЕ т 5220 - одну составляющую напряжения ц 1 э, равф ную исходному значению, т,е, ц 1 э=ц. Приэтом среднее значение составляющей напряжения ц 11, которая образуется на первом интервале (О 11 ср) равно среднему25 значению напряжения ц, на этом интервале, т,е, 011 ср=Очер, и остается неизменнымна интервалах т 1, т 2, тз и т 4, на которых оноформируется, среднее значение составляющей напряжения ц 12, образующейся на вто 30 ром интервале, равно разности среднихзначений напряжения цч на втором и переом интереапах, т,е, О 12 се= Охсй - Отсе, иостается постоянным на интервалах формирования 12, э, т 4 и ь, среднее значение со 35ставляющей напряжения ц 1 з,образующейся на третьем интервале, равноразности средних значений цч на третьем ивтором интереапах, т,е, сзсзср= ОЯ ОЯ и40 остается постоянным на интервалах формирования тз, 14, т 5 и тб, среднее значение составляющей напряжения ц 11,формирование которой прекращается напятом интервале, равно разности средних45 значений ц, на четвертом и пятом интервапах, т.е, Осссп= ОД - ОД - ттссе, среднеезначение составляющей напряжения ц 12,формирование которой прекращается нашестом интервале. равно разности средне 50 го значения цч на пятом и шестом интервалах, т,е, сзсзсс= ЫД - сзсса = ОЯ - сто асреднее значение составляющей напряжения ц 1 э, для которой шестой интервал является последним интервалом формирования,равно Оз=Оф = Отсо,Мгновенные значения составляющихнапряжения ц 11, ц 12 и ц 1 з согласно фиг, 1 визменяют и формируют из измененных напряжений квазипрямоугольные, синфаэныес ц напряжения цт 21 - цт 2 б, количество которых определяется числом составляющихтрехфазной системы квазисинусоидальныхнапряжений частотой Гз (шесть на фиг. 1). Мгновенные значения напряжений 011, 012и ц 1 з изменяют для формирования напряжения цт 22- показанного на фиг. 1 в, соответственно в К 11, К 21 и Кз 1 раз, получая одинаковые напряжения01 ф),012(1),01 з(1), равные цт 21 на соответствующих интервалах, для формирования напряжения цтгг - соответственно в К 12, Кгги Кзг раз, получая одинаковые напряжения 01(г)01 г(г),01 з(2), равные цт 22. Аналогичноизменяют составляющие напряжения ц, и для формирования остальных напряжений цтгэ - цт 2 б. При этом каждый коэффициентизменения напряжения равен отношению среднего значения формируемого напряжеТ 1ния цтг,1 за полупериод - , равного среднему значению квазипрямоугольногонапряжения частотой Гз на рабочей частиТзполупериода - , являющегося составля 2ющей выходного кваэисинусоидального напряжения, к среднему значению 20 25 30 35 40 45 50 изменяемого напряжения на рабочей частиТ 1полупериода - . Ток, обусловленный каждым из напряжений цт 21-0 тгб, равен сумме приведенных токов, обусловленных теми измененными составляющими напряжения ц, которые участвуют в данный момент времени в формировании каждого иэ указанных напряжений. Следовательно. суммируемое число приведенных токов зависит от номера интервала.В соответствии с фиг. 1 г преобразуют синфаэные напряжения цтг 1 - цтгб разных величин и частотой б 1 в квазипрямоугольные напряжения 021 - 02 б частотой 1 з разных фаз и одной и той же величины, что и напряжения соответственно цтг 1 - цтгб.Формируют линейные многоступенчатые квазисинусоидальные напряжения частотой 1 з:цдв - из напряжений 025, цгб и цг 1;0 ВС - Иэ 023, 024 И 025; 0 СА - ИЗ 021, 022, 023 (фиг. 1 д).На фиг. 2 а показано разбиение полупеТ 1риода - на 12 одинаковых временных2интервалов; б - деление напряжения ц на составляющие; в - преобразование частоты 5 11 составляющих напряжений ц 11 - 01 т в частоту 2, 12=2411 и получение напряжений цп 11 - цп 1 т; г - изменение мгновенных значений напряжений цп 11-цг 11 т частотой тг в разное число раз, получение напряжений 011111 - 01111 т и формирование иэ них напряжений цтпг 1-цтпгб частотой 2 (напряжения цтп 22-цтп 2 б отличаются от цтп 21 только величиной); д - преобразование напряжений цтп 21-цтпгб частотой 12 в квазипрямоугольные напряжения с волнистыми вершинами 021-0 гб частотой 1 з, тз=211; е - формирование линейных напряжений цсд из напряжений 021, 022 и 02 з, цвс из напряжений 02 З, 024 и 025 и цдв - из напряжений цг 5, цгб и 021 напряжения цдв и цвс на фиг. 2 не показаны).Согласно фиг. 2 б и принципу деления.напРЯжение церна пеРвом интеРвале 0 - 11, содержит одну составляющую напряжения 012, мгновенное значение которой равно исходному напряжению, т.е, 012=цч, на втором 11-12 - три составляющие напряжения 011, 012 и 01 з, сумма мгновенных значений которых равна исходному, т.е. 011+ц 12+ц 1 з=ь, на третьем 12 - тз, четвертом тз - 14, пятом 14-15 и шестом 15-1 б интЕрвалах чиСлО СОСтавляющих растет соответственно до четырех, пяти, шести и семи и сумма их мгновенных значений на каждом интервале также равна исходному напряжению цч. На седьмом интервале 1 б - 17 сумма является такой же, как и на шестом. т.е. 01 м = чо. Далее количеМ =1ство составляющих на интервалах восьмом ту-тб, девятом тб, десятом 19-11 о и одиннадцатом 11 опадает соответственно до 6, 5, 4 и 3 и на одиннадцатом интервале 11 ОСУмма мгновенных значений 015, 01 б и 01 т равна исходному напряжейию ц, т.е.015+01 б+01 т=ц На двенадцатом интервале 111 - 112 напряжение ц содержит одну составляющую 01 б, мгновенное значение котоРой Равно исхоДномУ. т.е. 01 б=цр. ПРи этом среднее значение напряжения 012, которое образуется на первом интервале, равно среднему значению напряжения ц на атом интерааяе, т.е. О 1 т,р= Отрр и остается постоянным на интервалах от первого по восьмой, сумма средних значений напряжений 011 и 01 з. образующихся на втором интервале, равна разности средних значений напряжения цр на втором и первом интервапах, т,е, О нтр+ О 1 арр= .ОЯ - ОД и остается постоянной на интервалах от второго по седьмой, средние значения напряжений 014, 015, 01 б, 01 т, образующихся соответственно на третьем, четвертом. пятом и шестом интереаяах, раины О 14 с-ОЯ - Отта О 5 ср - О 1 с О 1 с О 1 аср = Ос ОД и О 1 трр- О рр - Отс и остаются постоянными на интервалах соответственно с третьегопо десятый, с четвертого по одиннадцатый,с пятого по двенадцатый и с шестого поодиннадцатый. Среднее значение напряжения 011, формирование которого прекращается на восьмом интервале, равно разностисредних значений ц на седьмом и восьмоминтервалах, т.е. О 11 ср=Оетр - Оф, средниезначения напряжений 012-014 и суммы напряжений 015+017, формирование которыхпрекращается соответственно на девятомДВЕНаДЦатОМ ИНтЕРВаЛаХ, РаВНЫ 01 гср=: рнапряжения ц 16, для которого двенадцатыйинтервал является последним интервалом111)формирования, рдвнО 016 ср=01 Рр) = ОФсрНапряжения 011-ц 17 частоты 11. согласно фиг, 2 в преобразуют в напряжения цп 11 цп 17 частотой 12, 12=24 т 1 с теми жемгновенными абсолютными значениями,что и напряжения 011-01 т,Мгновенные значения напряженийцп 11 - цп 1 т, как это показано на фиг, 2 г, изменяются и формируются из измененных напряжений цп 11 - цп 17 с паузами той жедлительности, что и в напряжениях 011 - цп,напряжения цтп 21-ОТП 26 беэ пауз частотой12, количество которых определяется числомсоставляющих трехфаэной системы квазисинусоидальных напряжений частотой 1 з(шесть на фиг. 2 д). Мгновенные значениянапряжений цп 11-цп 1 т изменяются для формирования напряжения цтп 21 - соответственно в К 11-К 11 раэ, получая одинаковыенапряжения ОГ 111(1)ОП 11(1), равныецтп 21, для формирования напряжения цтпгг- соответственно в К 12-К 72 раэ, получая одинаковые напряжения Ог 111(2) Оп 1 Р(2),равные цтп 22, Аналогично изменяются ОП 11 Опр для формирования остальных напряжений О тпгз-цтпг 6. При этом каждыйкоэффициент изменения напряжения равенотнЬшению среднего интегрального абсолютных значений формируемого напряжения, равного среднему значениюквазипрямоугольного напряжения частотойТз1 з на рабочей части полупериода - , являющегося составляющей выходного квазисинусоидального напряжения, к среднемузначению соответстующей составляющейнапряжения цч на рабочей части полупериода - . Ток, обусловленный каждым изТ 1напряжений цтп 21-0 тп 26, равен сумме приведенных токов, обусловленных теми изме 10 15 ненными составляющими из ОИ 11-0 пп, которые участвуют в данный момент временив формировании каждого из указанных напряжений. Следовательно, число суммируемых приведенных токов зависит от номераинтервалаВ соответствии с фиг. 2 г преобразуютсянапряжения цтпг 1-цтп 26 разной величины ичастотой 12 в квазипрямоугольные напряжения 021-026 частотой 1 з, разных фаз и той жевеличины, что и напряжения соответственно цтпг 1-0 тп 26.Согласно фиг, 2 е формируют многоступенчатые кваэисинусоидальные линейные напряжения частотой з:ОАВ - из напряжеНИЙ 025, 026 И 021; ОВС Из 023, 024 И 025; ОСА- Из 021, 022 И 023.Предложенный способ в случае 12=т 1,Тз20разбиения полупериода - на шесть вре 2менных интервалов ( = 6 ), более низкой1частоты на выходе з= - 11 и разбиения2Тполупериода - также на шесть временныхинтервалов (п=6) для того, чтобы удовлетворялось приближенное условие квазисинусоидальности выходного напряжения:Т 1и- , может быть осуществлен устройТзством, пример принципиальной электрической схемы силовой части которого показанна фиг,3,Устройство по фиг. 3 содержит трансформатор 1 с тремя первичными 2-4 и шестью вторичными 5-10 обмотками.Последовательно с первичными обмоткамивключены рабочие выводы ключей 11-13 переменного тока по одному в каждой обмот 40 ке. Параллельно цепи обмотка 2 - ключ 11,подключен ключ 14 переменного тока параллельно цепи: обмотка 3 - ключ 12 подсоединен ключ 15, параллельно цепи обмотка4 - ключ 13, включен ключ 16. Укаэанные45 последовательно-параллельные цепи всвою очередь соединены последовательно ивключены на напряжение ц. Вторичные обмотки 5-10 своими началом, средним выводом и концом соединены с рабочими50 выводами ключей переменного тока соответственно; обмотка 5. - с ключами 17 - 19,обмотка 6 - с ключами 20-22, обмотка 7 - сключами 23 - 25, обмотка 8 - с ключами 2628, обмотка 9 - с ключами 29-31, обмотка55 10 - с ключами 32 - 34. Соединенные выводытрех ключей, связанных с одной и той жеобмоткой, образуют первый выходной вывод демодулятора (ДМ). Вторым выходнымвыводом ДМ является средний вывод вто 1656642 1010 ринимается равны апряжения О реднее значение мотке 4 равно жении 40 да на о покаючами твии с ий упер вале чалом Разбиение к шесть временных эано на фиг, 1 а,11-16 переменно временными диаг равления ОО 11-ОО О-т 1, начало котор Т 1 полупериода 2аждогоинтервосущесго токараммамб, Ндого сов полуперио алов, как эт твляется кл в соответс и напряжен первом инт падает с на-14 разомкннапряжениеразмыкаетсявозросшееу последоваи 2 и 3, Пособмоток 3 иотнош ключи 1 ючена на але 11-12 ключ 12 тся межд обмотка ел витко равным11, 15 и 16, а обмотка 2 вкл втором интер 15, замыкаетс ЖЕНИЕ О 1 г дЕЛ соединенными отношение чи бирается ы а каждо ЮЩИХ О 1 М1и О 12 на второ. На ключ апря ельно х составл 1интервале (О 1 031,012 и 013тервалах и т,д же вторичной на фиг, 3, Числ жение которы м интервале, твертом иноднои и тои р, обмотке 5 оток, напряляющей нана третьем и че , приложенных к бмотке, наприме о первичных обмявляется состав 2 вы- ению ричной обмотки. Три ДМ с обмотками 6, 8 и 10 соединены в треугольник. к вершинам которого присоединяются одними своими выводами остальные три ДМ, образующие другими выводами фазы А, В и С,Согласно структурной схеме на фиг. 4 а система управления ключами 11-16 содержит задающий генератор 35, управляющий кольцевой пересчетной схемой 36. примененной в качестве фазорасщепителя, Выходные напряжения узла 36 алгебраически сул.мируются в узле 37, затем выпрямляются в детекторе 38 и подаются на управляющие входы ключей 11 - 16. Задающий генератор 35 синхрониэируется источником переменногс тока частотой 11, На фиг. 4 б . труктурная схема системы управления ключами 17-34, которая содержит задаюО 1 ий генератор 39, синхрогдиэируемый в слу. чае необходимости (для снижения коэффицисчта искажения синусоидальности выходного напряжения) источником переменного тока, кольцевую пересчетчую схему 40 в качестве фазорасщепителя, к выходам которсй подключены входы двух сумматоров 41 и 42 с выходными напряжениями различного заполнения частотой 1 з. С первого сумматора выходные напряжения подаются через детектоо 43 на управляющие входы клюОей 18, 21, 24, 27.30 и 33, а с второго сумматора выходные напряжения гюдаются на первые входы шести фазо-импульсных модуляторов 44 - 49, вгорые входы которых соединяются с вы ходом формирователя 50 прямоугольного напряжения типа меандр, включенного на выводы источника переменного 1 ока. Выходы модуляторов попарно подключены к управляющим входам ключей 17 и 19, 20 и 22, 23 и 25, 26 и 28, 29 и 31 и 32 и 34.Устройство работает следующим обрачЗ, где ОЯ и Осср средние значения нап ряжения О, на втором и первом интервалах, то среднее значение напряжения 012 р на обмотке 3 равно Огтср=ОЯ - О 1 с = ьсЗ Очср. На третьем ин. тервале т 2-1 э размыкается ключ 16, замыкается ключ 13 и еще большей величины напряжение оо делится между последовательно соединенными обмотками 2 - 4. Поскольку отношение витков обмоток 4 и деОрср - среднее значение нв н третьем интервале, то снапряжения 01 зрр на обОгзср=ОД -Остр =Оггср. На четвертом ин. тервале тз-И состояние ключей не меняется, Поскольку среднее значение напряжения озр такое же, как и на третьем интервале, остаются включенными на напряжение о, три обмотки 2-4. На пятом интервале И - 15,напряжение о, ниже, размыкается ключ 11, замыкается ключ 14 и из цепи последовательно включенных обмоток исключена обмотка 2. Напряжение делится между обмотками 3 и 4. При минимальном напряТ 1Оч на шестом интервале т 5- - размыкается ключ 12,результате напряжер д к одной обмотке 4.Формируемую составляющую напряжения о, представляет напряжение на обмотке на тех интервалах, на которых к обмотке приложены часть или полное напряжение оч. На остальных интервалах, вследствие трансформаторной связи имеется наведенное напряжение на отключенной от напряжения озр обмотке, однако она не участвует в передаче энергии из первичной цепи во вторичную. "оставляющие О 11, О 12 и О 1 з напряжения О показаны на фиг. 1 б.Изменение мгновенных значений со- СтаВЛЯЮЩИХ НаПРЯжЕНИЯ Озр ОСУЩЕСтВЛЯЕтСЯ трансформатором, при этом в соответствии с изложенным принципом действия, как это показано на фиг. 1 в, получаются одинаковые измененные значения соответствуюзамыкается ключ 15, В ние о и икла ываетсяпряжения и различно на разных интервалах и меняется от одной на первом интервале до трех на третьем, а затем от трехобмоток на четвертом интервале до однойна шестом, т.е, всегда имеется от одной до2- и - 1 обмоток, через которые передаетсяэнергия из сети в обмотку 5. Поэтому сформированное напряжение на вторичной обмотке 0721 не имеет паузы, а являетсянепрерывной временной функцией, Так какна каждой первичной обмотке среднее значение напряжения одинаково на разных инТ 1тервалах рабочей части полупериода2то одинаковыми на всех интервалах полупериода являются средние значения напряжения цтг 1 на обмотке 5, Сформированноенапряжение на обмотке 5 получается квазипрямоугольной формы и оно тем ближе кпоямоугольному, чем больше число интервалов в полупериоде. Такой же формы, нодругой величины являются сформированные напряжения цтгг - цтгб на остальныхвторичных обмотках (6 - 10),Преобразование напряжений на обмотках 5 - 10 частотой 11 в квазипрямоугольныенапряжения 021-026 частотой 13 разных фази с паузами осуществляется с помощью шести демодуляторов, выполненных на ключах17 - 34. В результате геометрического сложения выходных напряжений демодуляторов(021 - 026, фиг, 1 г) образуются три линейныхквазисинусоидальных напряжения, одно изкоторых (цсд) показано на фиг. 1 д. Средниезначения напряжений 021-ц 26 на рабочейТзчасти полупериода - , обозначаемые,0 ьсрсвязаны с амплитудой основной гармоники выходного линейного напряженияпреобразователя 0 1 числом временных интервалов в полупериоде и номеромгруппы у, объединяющей вторичные обмотки трансформатора с одинаковым числом витков, следующим уравнением:Огчср - 20 лт 1 Р СО 2(Р - 1 + - ) р,1ю 1.л,В преобразователе с"6 обмотки 5, 7 и9 входят в группу р =2, а обмотки 6, 8, 10 -в группу с Р 1.Если на выходе преобразователя однафаза, достаточны три вторичные обмотки снапряжениями от 21-цт 23 и три демодулятора на ключах 17 - 25 с выходными напряжениями 021-023.На входы ключей 11-16 подаются управляющие напряжения цц 11 - оо 16 частотой211 (фиг. 1 е), сформированные с помощью узлов 35 - 38 (фиг, 4 а) и представляющие собой абсолютные значения, сумм или разностей выходных напряжений кольцевой ПЕрЕСЧЕтНОй СХЕМЫ цср 11 Оср 16 ВИДд МЕаНдр 5 Оу 11 = /Оср 11 О ср 15 /:Оу 12 = /Оср 12 О ср 16/Оу 13 = /Оср 11 + Оср 13/:Оу 14 = /Оср 11+О ср 15/;Оу 15 = /Оср 12 + Оср 16/;10 Оу 16 = /Оср 11 О ср 13/На выходы ключей 18, 221, 24. 27, 30 и33 демодуляторов подают напряжения соответственно Оу 18, Оу 21, Оу 24, Оу 27 Оу 30, Оузз частотой 213. показанные на фиг. 1 ж, кото рые образуются после выделения в детекторе 42 (фиг. 4 б) абсолютных значений выходных напряжений сумматора 41 с отноТзсительно малой шириной импульсов ( - ),6 20 Напряжения управленияиу 18 = /Цср 21+ ЦСр 25/:Оу 21 = /Оср 22+ Оср 26/;Оу 24 = /Оср 23 Оср 21/:Оу 27 = /Оср 24 О сргг/25 цузО = /цср 25 - цсргз/;Оузз = /Оср 26 - О ср 24/Остальные ключи 17, 19, 20, 22, 23. 25,26, 28, 29, 31, 32 и 34 демодуляторов управляют синфазными с иу прямоугольными на пряжениями вида меандр цсрм частотой11, модулированными по фазе выходными напряжениями сумматора 43 с относительТзно большей шириной импульсов ( - ) час 335 тотой 13:О; 21 =Оср 21 0 ср 25О,22 = Оср 22 О ср 26О,23 =О ср 23 О ср 21:024 = Оср 24 О ср 2240 025 = Оср 25+ О ср 23026 = Оср 26+ Оср 24Фаза-импульсная модуляция осуществляется в ячейках 44 - 49, на входы каждой ячейки подается прямоугольное напряже ние осрм формирователя 50, синфазное сиу и оДно иэ напРЯжений Оу 21 026. ВыхоДНОЕ НаПряжЕНИЕ яЧЕйКИ ОВМК= исрП цгггК (К=1, 26). 50 Напряжение овмк положительной полярности (овмкО) замыкает ключи 17, 20, 23, 26, 29 и 32 (напряжения управления этими ключами Оу 17 Оу 20 Оу 23 Оу 26 Оу 29 и Оу 32) а напряжение цвмк отрицательной полярно сти(цвмкО) замыкает ключи 19,22, 25, 28,31 и 34 (напряжения управления цу 19, Оуг 2,цу 25, оу 28, оу 31, иуз 4, что обеспечивает противофазность (попарно) соответствующих напряжений управления (цу 17 и Оу 19, Оу 20 и Оу 2240 45 50 55 и т,д., фиг, 1 ж), а значит и состояний ключей 17, 19, 20 и 22 и т.д, на рабочей части полТзупериода - , В пазу, когда напряжения управления равны нулю, соответствующая пара ключей разомкнута.В случае промежуточного повышения частоты от т 1 до т 2 (например, 12=2411, более высокой частоты на выходе (например,Тз э=211, разбиения полупериода - на 6 временных интервалов и в соответствии с этими данными для того, чтобы выполняТ 1лось условие и1 - , разбиения полупеТзТ 1риода - на 12 временных интервалов2п редложенный способ может быть осуществлен устройством, пример принципиальной электрической схемы силовой части которого показан на фиг. 5.Устройство содержит трансформатор 51 с семью первичными 52-58 и шестью вторичными 59 - 64 обмотками. Первичные обмотки своими началом, средним выводом и концом соединены с рабочими выводами ключей переменного тока соответственно: обмотка 52 - с ключами 65-67, обмотка 53 - с ключами 68 - 70, обмотка 54 - с ключами 71 - 73, обмотка 55 - с ключами 74 - 76, обмотка 56 - с ключами 77 - 79, обмотка 57 - с ключами 80 - 82, обмотка 58 - с ключами 83 - 85, Вторыми выводами каждые три ключа соединены друг с другом и образуют один входной вывод каждого модулятора напряжения, вторым входом которого является средний вывод вторичной обмотки, Семь модуляторов напряжения соединены своими входами последовательно и включены на напряжение ц, Вторичные обмотки соединены с ключами 86 - 103 переменного тока и образуют шесть демодуляторов, соединенных между собой по такой же электрической схеме, как и показанная на фиг. 3.Система управления ключами 65-85 согласно структурной схеме нэ фиг, ба содержит задающий генератор 104, синхронизируемый источником переменного тока, делитель 105 частоты, управляющий кольцевой пересчетной схемой 106, примененной в качестве фазорасщепителя. Выходные напряжения ее вида меандр частотой 11 в одном канале алгебраически суммируются в звене 107, затем выходные напряжения относительно малого заполнения выпрямляются в детекторе 108 и подаются на управляющие входы ключей 66, 69, 72, 75, 78, 81 и 84, а во втором канале - алгебраически суммируются в звене 109 и 5 10 15 20 25 30 35 выходные напряжения относительно большего заполнения подаются на первые входы семи ячеек 110-116 фазо-импульсных модуляторов, вторые входы которых соединены с выходом задающего генератора 104. Выходы модуляторов подключают соответственно к управляющим входам попарно ключей 65 и 67, 68 и 70, 71 и 73, 74 и 76, 77 и 79, 80 и 82, 83 и 85. На фиг. 66 показана структурная схема системы управления ключами 86-103. Она содержит задающий генератор 117, синхронизируемый (при необходимости) источником переменного тока, и управляющий кольцевой пересчетной схемой 118. Выходные напряжения вида меандр частотой 1 з в первом канале суммируются в звене 119, затем выходные напряжения относительно малого заполнения выпрямляются в детекторе 120 и подаются на входы управления ключей 87, 90, 93, 96, 99 и 102, во втором канале выходные напряжения звена 118 суммируются в звене 121, выходные напряжения которого относительно большого заполнения подаются на первые входы шести ячеек 122 - 127 фаэоимпульсных модуляторов, вторые входы которых соединены с выходом задающего генератора 104, Выходы модуляторов подключены к управляющим входам (попарно) ключей 86 и 88, 89 и 91, 92 и 94, 95 и 97. 98 и 100, 101 и 103.Данное устройство работает следующим образом,Разбиение каждого полупериода Т 1- напряжения а на 12 временных интерва лов, как это показано нэ фиг, 2 э, осуществляется ключами 65-68 переменного тока в соответствии с временными диаграммами напРЯжений УпРавлениЯ оу 65 Оу 85 (фиг, 2 ж). На первом интервале 0-11 разомкнуты поочередно ключи 68 и 70 (половина интервала каждый) и постоянно ключи 66, 72, 75, 78, 81 и 84, а разомкнуты поочередно ключи 70 и 68 и постоянно ключ 69 и остальные ключи с номерами в вышеуказанных пределах. Следовательно, входное напряжение и 12(напряжение на ключе 69) равно напряжению и входное напряжение поочередно с частотой 12 прикладывается к левой и правой секциям обмотки 53. Поэтому их напряжение имеет повышенную частоту 12 напряжение Оп 12 левой секции на фиг. 2 в),Таким образом осуществляется преобразование напряжения ц 12=о частотой 11 в напряжение Оп 12 частотой 12, На втором интервале с 1-с 2 замкнуты поочередно ключи 65 и 67, 68 и 70, 71 и 73 и постоянно ключиношению 35 40 45 50 чение м такое же, как на шестам интервале,Поэтому напряжение ц делится между все 75, 78, 81, 84 а разомкнуты поочередно ключи 67 и 65, 70 и 68, 73 и 71 и постоянно ключи 66, 69, 72, 74, 76, 77, 79, 80, 82, 83 и 85. Напряжение цч делится между входными напряжениями 011, 012, 013 частотой т 1 (см, фиг, 2 б) первого, второго, третьего модуляторов, которые одновременно преобразуют указанные напряжения в напряжения соответственно оп 11, цп 12 и цп 1 з частотой 2 (на фиг. 2 в напряжения левых секций обмоток 52, 53 и 54). Поскольку средние значения напряжения 012 на первом и втором интервалах одинаковы, т.е. 03 р = 01 йр, а отношение суммы витков обмоток 52 и 54 к числу витков обмотки 53 принимается равным от - К 1, та СуммаоЯ-дДО ссредних значений напряжений ц 11 и 01 э равна ОсссртО 13 ср=ОЯ - Оаст,-К 1012 ср, Остср=Осср, На третьем интервале тт-тз аа. мыканием и размыканием соответствующих контактов обеспечивается деление напряжения о между входными напряжениями 011 - 014 частотой 11 (фиг. 26) 1-го - 4-го модуляторов, на выходах которых образуются напряжения ОП 11-ОП 14 частотой т 2 (фиг. 2 в, напряжения левых секций обмоток 52-55. Поскольку средние значения входного напряжения каждого модулятора одинаковы на всех интервалах, а отношение числа витков обмоток 55 и 52 принимается равным- К 2, то среднее значение напрвженив и 14 равноО 14 ср=ОЗ - ОЯ =К 2012 ср. На четвертом, пятом и шестом интервалах по указанному принципу определяют отношения чисел витков обмоток соответственно 56 и 52, 57 и 52, 58 и 52 и находят средние значения напряжений 016, 016 и 017, а значит, мгновенные значения указанных напряжений, а также напряжений оп 16, цп 16, опп(фиг. 2 б, в). Если учесть, что средние значения напряжений 011 и 01 т одинаковы, то определяют средние и мгновенные значения напряжений на входе и мгновенные значения напряжений на выходе остальных модуляторов, которые соответствуют кривым, приведенным на фиг. 2 б, в. На седьмом интервале состояния всех ключей не меняется, поскольку среднее знами семью модуляторами, На восьмом - одиннадцатом интервалах посредством соответствующего переключения ключей изменяется число модуляторов, включенных своими входами последовательно на напря 5 10 15 20 25 30 ЖЕНИЕ оч В ПРЕДЕЛаХ От ШЕСТИ МОДУЛЯТОРОВ на восьмом интервале до трех на одиннадцатом. На двенадцатом интервале все напряжение цч приложено к одному (седьмому) модулятору. Таким образом можно найти мгновенные значения входных и выходных напряжений всех модуляторов на седьмом - двенадцатом интервалах (фиг, 26, в),Изменение мгновенных значений со- СтаВЛЯЮЩИХ 01 М НаПРЯжЕНИЯ оч ПОСЛЕ ПРЕ- образования их частоты 11 в частоту т 2 и образования напряжений оп 1 м производится с помощью трансформатора 51. При этом получаются одинаковые измененные значения соответствующих составляющих напря. жения частотой 12 на каждом интервале (ОЬ 1 Ог 1 а и Ог 11 э на втором интерва. ле,ОЬ 1, Ог 112 Ог 11 з и Ог 114 на третьем интервале и т,д. (фиг,2 г), приложенных к аднои и той же вторичной обмотке, например оэ. мотке 59 (фиг. 5), Число модуляторов, входные напряжения которых являются составляющими напряжения ц, различно на разных интервалах и меняется от одного на первом интервале до семи на шестом, а затем от семи на седьмом интервале да одного на двенадцатом, т.е, всегда имеется ат2одного до - имодуляторов, через кото 3рые передается энергия иэ сети в обмотку 59, Поэтому сформированное напряжение на вторичной обмотке отп 21 не имеет паузы, а является непрерывной временной функцией. Так как среднее значение входного напряжения каждого модулятора одинаково на всех интервалах рабочей части полупериТ 1да - , одинаковыми на всех интерва 2лах являются средние интегральные абсолютных значений напряжения на обмотке 59. Напряжения 01 п 22-цтп 26 на остальных вторичных обмотках 60-64 также являются непрерывными временными функциями и отличаются ат напряжения на обмотке 59 только величиной.Преобразование напряжений отп 21- отп 26 частотой 12 на обмотках 59 - 64 в квази- прямоугольные напряжения 021-о 26 частотой 1 э разных фаэ и с паузами фиг. 2 д) осуществляется с помощью шести демодуляторов, выполненных на ключах 86-103, Средние значения напряжений ц 21 - 026 наТзрабочей части полупериада - определя 2ются из уравнения для случая, когда т 1=т 2, В результате геометрического сложения соответствующих выходных напряжений демоляторов образуются три линейныхквазисинусоидальных напряжения, одно изкоторых (Осд) показано на фиг. 2 е,Возможно также построение преобразователя с однофаэным выходным напряжением, имеющего, как и в случае 11=12,меньше вторичных обмоток и демоляторов,а значит, и ключей.На входы ключей 66, 69, 72, 75, . 8, 81 и84 модуляторов подаются управляющие напря кения с соответствующими индексами(фиг. 2 ж), которые образуются после выделения детектором 108 (фиг, ба) абсолютныхзначсний выходных напряжений сумматора107, Напряжения управленияОубб = /Оср 12 +О ср 18/Оуб 9 =Оср 1+Оср 9/Оч 72= /Оср 12Оср 1 О/Оу 75 - /Оср 13 + Оср 111/;Оу 78 = /Гср 14 + 0 6112/Оу 81 /О:р 5 Оср 11/Оу 84 = /Оср 16 Ьср 2/ГдЕ Ос 11-0 ср.112 - ВЫХОДНЫЕ НаПряжЕНИявида меандр частотой Г 1 кольцевой пересчетной схемы 106.Остальные ключи модуляторов (65, 67,бР 70, 71, 73, 74, 76, 77, 78, 80, 82) упранпяо 1 ся прямоугольными напряжениями типаМЕаНДР чаетОГОй 12, МЭДУЛИРОВаННЫМИ ПОфазе выходными напряжениями сумматора109 частотой 11;О 11 =Оср 12 Оср 18О 12-Оср 11 Оср 19,О 13 =Оср 12 - Оср 110014 =Оср 13 - Оср 11Ор 15 =Оср 14Оср 1120 16 =Оср 15 Оср 110 217 =Оср 6 Оср 112;Фазо-импульсная модуляция осуществляется в ячейках 110-116. На входы каждойячейки подаются прямоугольные напряжения 011 частоты 12 и одно из напряжений0 1-ц 7 частотой 71. Выходное напряжениекаждой ячейки равно произведению этихвходных напряжений (фиг. 2 ж),На входы ключей 87. 90, 93, 96, 99 и 102демодуляторов подаются напряжения управления с соответствующими индексами,показанные на фиг.2 л, которые образуютсяпосле выделения в детекторе 120 (фиг. бб)абсолютных значений выходных напряжений сумматора 119. Напряжения управления равныОу 87 = /Оср 21+ Оср 25/Оу 90 = /Оср 22 + Оср 26/Оу 93= /Оср 23 Оср 21/Оу 96= /Оср 24 Оср 22/О у 99= / О ср 25 - О ср 23/Оу 02= /Оср 26 Оср 24/ГДЕ Оср.21 Оср 26 ВЫХОДНЫЕ НаПряжЕНИя ВИ.да меандр кольцевой пересчетной схемы118.Остальные ключи демодуляторов (86,5 88. 89, 91, 92, 91, 95, 97, 98. 100, 101, 103)управляются прямоугольными напряжениями типа меандр частотой б 2, модулированными по фазе выходными напряжениямисумматора 121 частотой Гз:10 ОЕ 21 = Оср 21 Оср 25:0,522 Оср 22 Оср 26,Ор 23 = Оср 23 + Оср 21;0224= Оср 24+ Оср 22О,у 25 = Оср 25+ Оср 23;15 Фаэо-импульсная модуляция осуществляется в ячейках 122-127. На входы каждойячейки подаются прямоугольное напряжение О зг 1 частотой 12 и одно из напряжений0.21 - 026 частотой 13, выходное напряжение20 каждой ячейки равно произведению указанных входных напряжений (фиг. 2 л).При большем числе временных интерваТ 1лов и в попупериоде - растет число пер 225 вичных обмоток трансформатора (фиг. 3 и 5)2согласно уравнению в= - ии, следова 3тельно, число ключей, коммутирующих обмотки, В структурных схемах систем30 управления (фиг 4 а и ба) изменяются соответственно с изменением и и числа ключей,коэффициент пересчета. равный п, и количество выходов кольцевых пересчетных схем,а также сумматоров и детекторов и количе 35 ство ячеек фазо-импульсной модуляции.При увеличении числа временных интерваТзловв полупериоде - увелИчивается чис 2ло вторичных обмоток и связанных с ними40 демодуляторов согласно уравнению 0=2 - би, следовательно, количество ключей, коммутирующих обмотки, В структурных схемах систем управления (фиг. 4 б и бб)45 изменяются соответственно с изменениеми числа ключей, коэффициент пересчета,равный , и количество выходов кольцевыхпересчетных схем, а также сумматоров, детекторов и количество ячеек фазо-импульс 50 ной модуляции. Таким образом, предложенный способпреобразования частоты позволяет применить простые схемы, комплектуемые изве стными функциональными узлами иэлементами, Способ осуществляет промежуточное преобразование переменного однофазного напряжения не в постоянное, а в переменное однофазное напряжение дру гой формы той же или повышенной частоты,