Непосредственный утроитель частоты

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик 11961073(22) Заявлено 191280 (21) 3256100/24-07 с присоединением заявки Мо Н 02 М 5/27(23) Приоритет Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(53 УДК 621. 314..27(088.8) Опубликовано 230982. Бюллетень Йо 35 Дата опубликования описания 230982 дТ.Ю. Саккос,. И.Э. Ранне, В.В. Сарв и Ю,Э.7(;ооярв"Ф.,.,:;.;с," ".1,.1.Институт термофизики и электрофизики АН ЭС 1 Р . " :-,(72) Авторы изобретения(54) НЕПОСРЕДСТВЕННЫИ УТРОИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ фИзобретение относится к преобразствательной технике и может быть использовано в системах электропитания ут" . роенной частоты, где требуется повышенное качество выходного и входноготоков,Известны вентильные непосредственные преобразователи частоты, работающие в режиме утроения частоты 1 -3.10Однако данные утроителя выполненыв виде мостов на неполностью управляемых вентилях-тиристорах с естественной коммутацией, что является причи"ной низких технико-энергетическихпоказателей этих устройств.15Известен также утроитель частотыт в который для обеспечения полнойуправляемости тиристоров вводят блоки принудительной коммутации 41.Однако его недостатком является пониженное качество потребляемого из сети тока.Наиболее близким по существу технического решения к предлагаемому является устройство, содержащее трехфазный управляемый вентильный мост и дроссель, обмотка которого имеет центральный отвод, причем начало и конец обмотки этого дросселя соедине".ны соответственно к анодной и катод-З 0 ной 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 51.Недостатком известного устройства является сравнительно плохая форма потребляемого из .сети тока.Целью изобретения является улучшение формы потребляемого иэ сети тока.Поставленная цель достигается тем, что 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, 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 токасс двухсторонней проводимостью подключены к каждому из входных выводов упомянутого моста.Наиболее оптимальным отношением чисел виткон секций обмотки делителя тока является соя 45 о: сов 75 = 5о2,73. В этом случае числа витков первой и второй секций составляют соответственно 0,732 и 0,268 от суммарного числа витков обмотки.Это отличие обеспечивает то, что 10 вентильный непосредстненный утроитель частоты может работать н 12-пульсном режиме. В результате этого в выходном токе отсутствуют гармоники ниже 12-й, а в токе питания ниже 11-й, что сопровождается существенным уменьшением искаженности этих токовНа Фиг. 1 изображена принципиаль. -ная схема непосредственного" утроителя частоты для упрощения выполнений на двухоперационных тиристораху на Фиг. 2 - временная диаграмма напряжения питания одной Фазы, тока питания одной фазы и напряжения нагрузки, а также таблица включенного состояния тиристоров.Утроитель частоты (Фиг. 1) содержит трехфазный мост о управляемыми вентилями (тиристорами) 1-6, два дополнительных трехфазных моста с,управляемыми вентилями 7-12 и 13-18 соответственно,.трехфазные. входы затих мостов соединены к зажимам 19-21 питания, дроссель 22, выполняющий функцию фильтрации тока и индуктив ный делитель 23 тока. Начало 24 и конец 25 обмотки сглаживающего дросселя подключены к анодной и катодной точкам трехфазного вентильного моста 1-6, а центральный отвод 26 обмотки 40 соединен к одному зажиму однофазной нагрузки 27Односердечниковый делитель 23 тока имеет обмоткус началом 28, концом 29 и отводом 30. Отвод 30 обмотки 45 делителя 23 тока подключен к второму зажиму оцнофаэной нагрузки, начало 28 обмотки подключено к связанным между собой анодной и катодной точкам дополнительного моста 7-12, а конец 29 обмотки подключен к связанным между собой анодной и катодной точкам дополнительного моста 13-18.Предлагаемый непосредстненный утроижль частоты работает следующим образом. 55В каждый момент времени во вклю ченном состоянии находятся толькотри вентиля, находящихсян разныхФазах и в разных трехфазных мостах. При этом, когда в основном вентиль- . 60ном мосте 1-6 включен вентипь катодной группы, то в дополнительных вентильных мостах 7-12 и 13-18 включенные вентили находятся в анодной группе и наоборот. В результате этого ток 65 основного вентильного моста 1-6 равен сумме токов дополнительных вентильных мостов 7-12 и 13-18, Отношение токов определяется отношением чисел нитков 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 беэ немагнитного зазора, что позволяет при анализе работы пренебрегать намагничивающим током. Соответственно суммарная намагничи" вающая 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 равным сов 45 .: соя 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 начачо 28 обмотки делителя 23 тока соединено через вентиль 9 и зажим 21 с фазой С системы питания, конец 29 обмотали через вентиль 14 и зажим 20 " 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 Оно,. Обозначая числа витков и напряжения обмотки между зажимами 28, 29 и 30 соответствен- оИ, ИиОц О 2 , и О можем написатьЗо-ыижИЬЬ-Ьо гэ-гф (1)оа-в Зо-т а(2)Учитывая, что в рассматриваемом интервале ОН д Осэ, а напряжение О ранняется напряжению2 д-ъоО : О = О + О (3) 49-З о А -эо АИ 2.9-зос учетом оптимального отношения чисел витков секций"ьо=Ог 732:,Ог 268=2 ю 73,о- получим для мгновенного значения напряжения нагруэочной ветвитервале 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 д. Требуемые сдвинутые синусоидальные полуволны для формирования 12-пульс- ного режима можНо получить выбором 10 подходящих комбинаций включенных вентилей. Например, при включенном состоянии вентилей 4, 8 и 15 напряжение нагрузочной ветвиОак-зо =Ць +Од=Ось +0,732 Оьс, (5);ф 5 причем эта новая синусоида отстает отсинусоиды, соответствующей предыдущему интервалу работы на 30 ф, что и 20требовалось.Очередность замыкания вентилей 1-18,обеспечивающая 12-пульсный режимработы схемы (Фиг. 1) и тем самымутроение частоты тока нагрузки, приве дена в таблице на фиг. 2,Изменение величины тока нагрузкиосуществляется сдвигом фазы замыканиязаданных комбинаций вентилей, а темсамым и Фазы тока питания относитель- Зно фазы напряжения питания. При этомрегулирование возможно как с отстающим, так и опережающим током питания.Временные диаграммы напряжения питания ОА, тока питания А и тока нагрузкина фиг. 2 соответствуют пол-З 5костью сглаженному выходному току,равному амплитудетока А, и сдвигуфазы 9 А= 60 между напряжением и тооком питания.Сдвиг Фаэ во всех фазах одинаков, 40т е ФА= 98=Ус =9 . На фиг. 2 показана также временная диаграмма максимального тока нагрузки н д, соответствующая сдвигу фазы 1 у = Оф .Регулированию выходного тока от 45максимума до нуля соответствует изменение фазы 9 в пределах 0-90При полностью сглаженном токе нагрузки форма тока питания во всем диапазоне регулирования остается неиэмен(1ной. Соответственно не изменяется испектральный состав тока питания, Врезультате того, что ток нагрузкижестко связан с током питания, егоформа также не изменяется, причемэтот ток имеет прямоугольную форму иутроенную частоту. Под действиемделителя тока прямоугольный ток черезотвод 30, равный току нагрузки,разветвляется на два прямоугольных токас амплитудами, обратно пропорциональными числами витков секций обмоткиделителя тока.,Положительным свойством предлага. мого вентильного непосредственного утроителя частоты является существе 1. ное улучшение спектрального состава, потребляемого иэ сети переменного тока. Это достигается тем, что в схе ме утроителя применяются два дополнительных хрехфазных управляемых вентильных моста и индуктивный делитель тока с отводом, сдвинутым с центра обмотки, в результате чего можно осу.- ществлять 12-пульсный режим работы бе: необходимости применения Фазопреобразователя или специального входного трансформатора. Работа индуктивного делителя тока на утроенной частоте способствует уменьшению.его массо-габаритных показателей. Формула изобретениячНепосредственный утроитедь частоты, содержащий выполненный на полностью управляемых ключах трехфазныймост с включенным на его выходе дрос,селем, обмотка которого имеет средний отвод, образующий первый выходнойвывод для подключения нагрузки, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью улучшения формы тока, потребляе- .мого от питающей сети, он снабжен односердечниковым индуктивным. делителем тока, обмотка которого имеет промежуточный отвод, образующий второйвыходной вывод для подключения нагрузки, а концы этой обмотки черезвведенные полностью управляемые ключипеременного тока с двухстороннейпроводимостью подключены к каждомуиз входных выводов упомянутого моста.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Чалый Г.В. и Иаввский О.А. Вентильные бестрансформаторные умножите.-:ли частоты. - "ЭлектРичество", 1969,9 7.2 Патент Швейцарии Р 479978,кл. Н 02 Ю 5/22, 1968.3. Патент Англии 9 1004294,Мл. Н 2 Г, 1965.4. Авторское свидетельство СССР9 565361, кл, Н 02 М 5/27, 1974.5. Коробан Н.Т., Мастаев Н.Э. иМыцык Г.С. Сравнительный анализ передаточных характеристик полностью управляемых преобразователей частотыс непосредственной связью с различнымчислом входных фаэ. - В кн.: Повышение эффективности устройств преобразовательной техники, часть 2. Киев,961973 з 7310/72 Тираж 721 Подписное ИИПИ лиал ППП"Патентф, г, Ужгород, ул.Проектная, 4 дчерейюств тммынию еиюэмй ) Я ФююИеие мфееюею йюевнЮ 1 МФиай