Статический удвоитель частоты

Союз СоветскихСоциалистическихРеслублик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ 1 ц 653698 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 61) Дополнительное к авт. свид-ву -(51) М, Кл.Н 02 М Заявлено 17,01,77 (21) 2442567/24-07 с присоединением заявкисударственный кама СССР аа делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Мындра ищин, И, В. Собо(71) Заявитель питехническии институт имени С. Ла ищиневс(54 СТАТИЧЕСКИЙ УДВОИТЕЛЬ ЧАСТО Предлагаемое изобретение относится к области статических вентильных преобразователей частоты и может быть использовано как источник питания, в частности электродвигателей повышенной частоты.Известен статический удвоитель частоты,состоящии из двух выпрямнтельных мостов, подключенных соответственно к источникам переменных напряжений, смещенных по фазе относительно друг друга на 90 и фильтров на выходе, разделяющих постоянную и переменную составляющие выходного тока 11.Удвоение частоты такого преобразователя основано на разделении постоянной и переменной составляющих выпрямленного тока двух выпрямителей с входными напряжениями, сдвинутыми по фазе на 90, работающих на нагрузку во встречном режиме. При этом переменные составляющие выпрямленного напряжения подаются на нагрузку через разделительные емкости и, будучи встречными в нагрузке, проявляются в ней в виде напряжения удвоенной частоты по сравнению с частотой источников питания.Постоянная составляющая отделяется от потребителей удвоенной частоты ицдивидуальным дросселем. Известно, что в таких схемах выпрямления постоянная составляющая тока в 1,5 раза превышает ток удвоенной частоты и не используется полностью в реальных потребителях, а чагце га сится на балластном сопротивлении, что снижает коэффициент полезного действия (КПД) устройства. Постоянную составляюгцую тока рекомендуется использовать для возбуждения синхронного двигателя при питании его переменной составляющей удвоенной частоты. Но при этом мощность постоянного тока используется незначительно, так как мощность возбуждения составляет лишь 1 - 3 цо от мощности переменного тока.Известен также статический удвоительнапряжения, являющийся прототипом данного устройства, содержащий две вентильные цепочки, подключенные к выводам для имеющих общую точку источников питания, напряжения которых сдвинуты относительно друг друга на 90, причем каждая из указанных цепочек состоит из двух вентилей, а вентили одной из них включены согласно- последовательно, выходной трансформатор, первичная обмотка которого выполнена со средней точкой, соединеццой с указанной653698 формула изобретения 3общей точкой, и включена между общими точками вентильных цепочек 2 . Однако в известном устройстве схема включения вентилей не обеспечивает компенсацию постоянной составляюшей тока и потока в первич ной обмотке выходного трансформатора и ее половинах. Действие неиспользуемой постоянной составляющей снижает техникоэкономические показатели устройства: уменьшает КПД, повышает габариты и так далее.Целью изобретения является повышение надежности, КПД и упрощение устройства за счет исключения постоянных составляющих в токе и магнитном потоке во всех элементах выходной цепи. 15Эта цель достигается тем, что в статическом удвоителе частоты, содержащем две вентильные цепочки, подключенные к выводам для имектцих общу 1 о точку источников питания, напряжения которых сдвинуты относительно друг дрл а па 90, причем каждая из указанных цепочек состоит из двух вентилей, а вентили одной из них включены согласно-последовательно, выходной трансформатор, первичная обмотка которого выполнена со средней точкой, соединеной с указанной общей точкой, и включена хежду общими точками вентильных цепочек, вентили другой цепочки включены согласно-последовательно, причем все вентили выполнены управляемыми, а угол их отпирания равен 90, ЗОНа фиг. 1 представлена принципиальная схема однофазного статического удвоитсля частоты; на фиг, 2 показаны графики изменения напряжения и тока во времени удвоителя частоты при активной (фиг. 2 а) и индуктивной (фиг, 2 б) нагрузках.35Статический удвоитель частоты состоит из двух цепочек, каждая из которых содержит по два тиристора (соответственно 1 - 2 и 3 - 4), выходного трансформатора 5, первичная обмотка которого имеет среднюю 4 о точку 6. Питание тиристоров производится через общую среднюю точку от двух источников, периодические напряжения которых сдвинуты по фазе на 90, Нагрузка 7 включена во вторичную цепь трансформатора.Угол открывания тиристоров равен 90. 45Работа тиристоров в последовательности 1 - 4 - 3 - 2 создает положительные волны напряжения на первичных пол уоб мотках трансформатора при работе тиристоров 1 и 3 от напряжения Г) з 1 п 1 и отрицательные при работе тиристоров 2 - 4 под действием напряжения 11 сов 1. Таким образом, постоянная составляющая в результирующем напряжении первичной обмотки трансформатора, а следовательно в магнитном потоке его и ЭДС вторичной обмотки от сутствует. При активном характере выходной цепи формь. кривых тока и напряжения совпадакт и представляют собой в полупериоде удвоенной частоты четверть волны 4синусоиды основной частоты с той же амплитудой (фиг. 2 а).При индуктивной нагрузке отставание тока от напряжения приводит к тому, что тиристор открыт более четверти периода основной частоты (в пределе до полупериода), пока ток тиристора имеет положительное значение. При этом оказываются одновременно открытыми два однонаправленных тиристора 1 и 2 или 3 и 4, находящиеся в цепях различных источников, что обусловлено тем, что при одновременном открытии однонаправленных тиристоров токи их встречны (фиг 2 б). Будучи встречными по отношению к напряжению смежной цепи, токи одной цепи разгружают по реактивной нагрузке соседнюю цепь и наоборот. Таким образом, сдвиги напряжений смежных цепей по фазе на 90 приводят к обмену реактивной энергией между полукатушками первичной обмотки трансформатора, что разгружает источники и сеть от реактивной энергии. Наложение прямой и обратной полу- волн напряжения выходной частоты улучшает форму кривой напряжения удвоителя при индуктивной нагрузке (см. фиг. 2 б). Близка к синусоидальной становится и форма тока удвоенной частоты, определяемая разностью токов двухполупериодного выпрямления, сдвинутых по фазе на 90.Непосредственная передача энергии из сети на потребитель, обмен реактивной энергией в первичной обмотке трансформатора, отсутствие постоянной составляющей в токе нагрузки обеспечивают высокий КГ 1 Д устройства, а естественная коммутация тиристоров, их малое количество, отсутствие дополнительных элементов (дросселей, конденсаторов, диодов реактивного тока) определяют простоту и высокую степень надежности статического удвоителя частоты.В трехфазном исполнении синусные цепи удвоителя частоты включены на фазные напряжения сети, косинусные - на линейные напряжения, уменьшенные вЗЗ раз. Статический удвоитель частоты, содержащий две вентильные цепочки, подключенные к выводам для имеющих общую точку источников питания, напряжения которых сдвинуты относительно друг друга на 90, причем каждая из указанных цепочек состоит из двух вентилей, а вентили одной из них включены согласно-последовательно, выходной трансформатор, первичная обмотка которого выполнена со средней точкой, соединенной с указанной общей точкой, и включена между общими точками вентильных цепочек, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, КПД и упрощения, вентили другой цепочки включены согласно- последовательно, причем все вентили выпол653698 5иены управляемыми, а угол их отпиранияравен 90.Источники информации, принятые во вни.мание при экспертизе 61. Авторское свидетельство СССР145929, кл. Н 02 М 5(16, 1961.2, Патент США 2907944, кл. 321 - 69,1959.Устинкая иценк ЦНИИПИпо113035, М илиал ППП омитет каяод, у Редактор Д. МепуришвилиЗаказ 1303/40 Составитель ЛТехред О. ЛугоТираж 856Государственногоделам изобретениосква, Ж, РаПатент, г. Уж аКорректор АПодписноеСССРрытийаб., д. 4/5Проектная