Удвоитель частоты

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК НЯ 01089735 3(59 Н 02 М 5/16 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНР 1 ЫТИЙ Г,0 ф ъ г;ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ," 1 ъ ,1Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) 23,06,82 тем, что, с целью улучшения технико- (46) 30,04.84. Бюл. Р 16 экономических показателей путем сниже- (72) А.А.Пястолов, В.Т,Фролов ния стоимости и улучшения технологичи В.А.Кобозев ности изготовления, он снабжен двумя (71) Челябинский ордена Трудового вспомогательными цепочками из после- Красного Знамени институт механизации довательно соединенных управляемыхи электрификации сельского хозяйства вентилей, точки соединения котэрых(53) 621.314,27(088.8) образуют два других силовых входных (56) 1, Авторское свидетельство СССР вывода, причем основные и вспомога- У 653698, кл. Н 02 М 5/16, 1979. тельные цепочки соединены между со 2. Авторское свидетельство СССР . бой попарно-параллельно, образуя два 9 549868, кл. Н 02 М 5/16, 1977, моста, один из выходных выводов пер- (54)(57) УДВОИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ, содержащий вого моста соединен с противоположным две основные цепочки из последователь- по полярности выходным выводом второ- но соединенных управляемых вентилейУго моста и одним концом первичной обВ точки соединения которых образуют два мотки трансформатора, а другие выход- силовых входных вывода, трансформатор ные выводы первого и второго мостов с первичной и вторичной обмотками, подключены к введенному в упомянутую причем последняя образует выход удвои- первичную обмотку отводу и другому ее ааааа теля частоты, а также блок управленияконцу соответственно.Р С МФИзобретение относится к преобразователям частоты, в частности к умно- жителям трансформаторного типа, и предназначено преимущественно для питания высокоскоростных электроприво дов деревообрабатывающей промышленности, беэредукторных центрифуг для нагрева больших металлических заготовокИзвестно устройство, включающее10 управляемые вентили, выходной трансформатор и промежуточные источники питания, имеющие общую точку 1 ,Недостатками известного устройства являются плохие массогабаритные и технико-экономические показатели, обусловленные тем, что масса и габариты промежуточных источников питания могут превышать массу и габариты вен 20 тильного блока и выходного трансформатора, работающего на удвоенной частоНаиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, включающее трансформатор,на стержнях которого расположены первичные и вторичная обмотки, тиристоры и фазосдвигающий блок, причем на каждом стержне расположены четыре первичные30 обмотки, объединенные в две пары,каждая из которых замкнута на пару согласно включенных тиристоров, причем общие точки соединения тиристоров йервой и второй пар и обмоток второй пары подключены к Фазным зажимам, а общая точка соединения обмоток первойпары подключена к нулевому входномузажиму2,Технико-экономические показателиуказанного устройства ограниченыбольшой материалоемкостью и сложностью технологии изготовления трансформаторного элемента что повышает общую стоимость устройстваЦель изобретения - улучшение тех-нико-экономических показателей путем .снижения стоимости и улучшения технологии изготовления.Поставленная цель достигается тем,что удвоитель частоты, содержащий двеосновные цепочки из последовательносоединенных управляемых вентилейточки соединения которых образуют двасиловых входных вывода, трансформаторс первичной и вторичной обмотками 5причем последняя образует выход удвоителя частоты, а также блок управления вентилями, снабжен дополнительно двумя вспомогательными цепочками из последовательно соединенных управляемых вентилей, точки соединения которых образуют два других силовых входных вывода, причем основные и вспомогательные цепочки соединены между собой попарно-параллельно, образуя два моста, один иэ выходных выводов первого моста соединен с противоположнымпо полярности выходным выводом второго моста и одним концом первичной обмотки трансформатора, а другие выходные выводы первого и второго мостов подключены к введенному в упомянутую первичную обмотку отводу и другому ее концу соответственно.На Фиг,1 изображена принципиальная схема удвоителя частоты; на фиг,2 блок-схема системы управления вентилями;, на фиг.3 с( - временные диаграммы входных напряжений и токов, протекающих через вентили; б - законы управления вентилями, В - временная диаграмма напряжения на выходе удвоителя частоты.Удвоитель частоты (фиг,1) состоит из управляемого Фаэного моста, включающего вентили 1-4, управляемого линейного моста, включающего вентили 5-8 трансформатора 9 с первичной обмоткой 10, имеющей вывод 11, и вторичной обмоткой 12, и блока 13 управления вентилями. Анод вентиля 1 соединен с катодом вентиля 3 и с фазным выводом А, анод вентиля 3 соединен с катодом вентиля 4 и с нулевым выводом питания О, анод вентиля 5 соединен с катодом вентиля 7 и с Фазным выводом питания В анод вентиля 6 соединен с катодом вентиля 8 и с Фазным выводом питания С, Аноды вентилей 3 и ч обьединены с катодами вентилей 7 и 8 и присоединены к началу обмотки 10, катоды вентилей 1 и 2 объединены и присоединены к выводу 11 первичной обмотки, аноды вентилей 5 и б объединены и присоединены к концу обмотки 10, Управляющие выводы всех вентилей соединены с блокам 13 управления.Система управления вентилями (блок 13 управления) состоит из входного устройства 1 ч (Фиг.2), общего для всех каналов управления, и четырех каналов управления вентилями, каждый из которых содержит Фазосдвигающее устройство 15-18 соответственно, усилитель-Формирователь импульсов 19-22 соответственно и выходное устройство.управления синхронизируется по соответствующему напряжению питания, канал управления вентилями 1 и 4 - понапряжению 13 , канал управления вен 5стилями 7 и 6 - по напряжению ПОс, канал управления вентилями 2 и 3 - понапряжению Пвд, канал управления вен 0тилями 8 и 5 - по напряжению П В.Во входном устройстве 14 формирует.Ося система синхронизирующих напряжений, которые распределяются по соответствующим каналам управления. Входным устройством может служить, например, трансформатор,Каждое из фазосдвигающих устройствпредназначено для задержки моментаформирования импульса управления относительно соответствующих напряженийпитания на требуемую величину времени,Каждый из усилителей формирователей импульсов 19-22 предназначен дляусиления и предварительного формирования импульса управления,Каждое из выходных устройств 23-2625окончательно формирует импульс управления и обеспечивает получение на выходе двух синхронных импульсов дляодновременного управления двумя вентилями. Входным устройством можетбыть, например, импульсный быстронасыщающийся трансформатор с двумя вторичными обмотками.Блок-схема (фиг.2) соответствуетмногоканальному способу управления. 35Принципиально в качестве системыУправления может использоваться любоеизвестное устройство для управлениявыпрямителями, обеспечивающее достаточную глубину регулирования. 40Удвоитель частоты (фиг.1) работает следующим образом.В соответствии с общим алгоритмомуправления (фиг.3 о) вентили включаются попарно через интервал времени,равный, четверти периода входного напряжения, в следующей последовательности: 1 и 4,7 и 6,2 и 3, 8 и 5, далее цикл повторяется. В соответствиис принципиальной схемой (фиг.1) привключении вентилей 1-4 всегда формируется положительный полупериод выходного напряжения, а при включениивентилей 5-8 - отрицательный, выходное напряжение имеет вид,представленный на фиг.3 8, для наиболее общегослучая активно индуктивной нагрузки.Коммутация вентилей, как и в прототипе - естественная, выключение их происходит при достижении током, протекающим через вентили, значения, меньшего тока удержания.Настройка схемы управления производится при холостом ходе, а если этот режим исключен, при нагрузке с минимально возможным коэффициентом мощности.Число витков в обмотке 10 в 3 раз больше, чем в части ее, заключенной между началом и выводом 11, поэтому в выходной обмотке отрицательные и положительные полупериоды напряжения равны по величине.Удвоитель частоты с трехфазным выходом состоит из трех однотипных однофаэных, на входы каждого из которых подаются фазные и линейные напряжения, сдвинутые между собой на 90 эл.град. Выходные обмотки в этом случае могут соединяться в звезду или в треугольник, в последнем случае из кривых выходного напряжения исключаются гармоники кратные трем и, .поскольку четные гармоники отсутствуют вследствие симметрии фазных напряжений, выходное напряжение будет весьма близким к синусоидальному.Общая технико-экономическая эффективность устройства характеризуется его стоимостью, материалоемкостью, технологичностью изготовления. Предлагаемое техническое решение имеет большее число управляемых вентилей, чем прототип, однако, вентили рассчитываются на вдвое меньшее обратное напряжение, поэтому стоимость каждого вентиля уменьшается в среднем на 35-407. Суммарная стоимость овентилей увеличивается не более чем на 20-ЗОБ. Известно, что мостовые однофазные выпрямители обладают лучшими технико-экономическими показателями, чем выпрямители со средней точкой, за исключением низковольтных систем.Система управления вентилями практически не изменяется и стоимость ееостается на прежнем уровне.Технологически изготовление полупроводникового блока не.усложняется. Более того, возможно использование функциональных полупроводниковых блоков, например, освоенных промышленностью управляемых выпрямителей с соответствующими характеристиками.Уменьшение числа первичных обмоток при увеличении сечения проводов позволяет уменьшить общую площадь поперечного сечения обмоток в сравнении с прототипом. 5С увеличением сечения проводов стоимость их уменьшается.В среднем стоимость обмоточных материалов уменьшается эа счет увеличения сечения проводов в четыре раза на 10 22-257 Вследствие улучшения заполнения окна магнитопровода эквивалентный диаметр обмоток и длина проводов уменьшаются, при этом масса обмоточных материалов уменьшается в, среднем на 15 12-153, Общее уменьшение стоимости обмоточных материалов составляет 30-377 Уменьшается также требуемая ,ширина ярма магнитопровода, Все вместе взятое влечет за собой улучшение 20 массогабаритных показателей. Сокращение числа первичных обмоток значительно упрощает технологию изготовления удвоителя частоты.Стоимость трансформатора в преобразователях мощностью порядка нескольких кВт и выше составляет половину и более от общей стоимости устройств, поэтому использование изобретения позволяет снизить и стоимость устройства. В настоящее время наблюдается устойчивая тенденция к снижению стоимости полупроводниковых приборов и улучшению их качетсва, в то время как дефицитность обмоточных материалов, в первую очередь меди, сохраняется.фВ целом предлагаемый удвоитель частоты отличают лучшие технико-экономические показатели, чем у прототипа./53 ТиражВНИИПИ Госудапо делам из13035, Москва,твенногретений-35, Рауш Подписноеомитета СССРоткрытийкая наб., д.4/5