Преобразователь частоты с непосредственной связью

Союз СоветскикСациалистическикРеслублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1) Дополнительное к авт. свид-ву -2) Заявлено 05.03.80 (21) 2891573/24-07 1) М,К 02 М 5/2 присоединен м заявки-арстеекими комитет Приорит Опублик Дата опу СССР по аелам кзебретекано 30.11.81. Бюллетень44ликования описания 30,11.81 крмти Авторызобретения хальский и Э. М. Чехет Е. Пьяных, В. М нститут электродинамики АН Украинской 71) Заявител(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЬ С НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ СВЯЗЬЮ Изобретение относится к преобразова с двухсторонней проводимостью, входные тельной технике, в частности к классу пре- зажимы которых подключены к соответстобразователей частоты с непосредственной вующим фазам первичной сети, а выход- связью, и может быть использовано для ные - к первичным обмоткам согласующих питания частотно-управляемых электропри- трансформаторов, вторичные обмотки ководов переменного тока и спецпотребителей. торых соединены последовательно междуИзвестны преобразователи с непосредст-собой и с нагрузкой, т. е. однофазные инвенной связью суммированием частичных верторы включаются на первичной стороне напряжений в общем контуре (ПЧ с согласующих трансформаторов. Это обсто- СОК) 11. ятельство не имеет принципиального знаНедостатком таких ПЧ является высокий чения, так как однофазные инверторы" могут коэффициент гармоник выходного напря- быть включены на вторичные обмотки трансжения. форм аторов, первичные обмотки которыхИзвестен ПЧ с СОК, модулирующее воз- подключаются к первичной сети. Форма действие которого формируется посредством, выходного напряжения при сохранении алгоширотно-импульсной модуляции (ШИМ) 2), ритма работы ключей модуляторов остаетсяТакой ПЧ позволяет существенно улуч- неизменной.шить качество выходного напряжения путем 1 Управление ключами модуляторов вевведения паузы определенной длительности дется по циклическому алгоритму, при комежду полупериодами эквивалентного моду- тором нагрузка по очереди подключается лирующего воздействия, однако коэффи- через равные промежутки времени к фазам циент гармоник в выходном напряжении эквивалентной многофазной системы напряпри этом остается значительным, жений, и который обеспечивает паузу опреНаиболее близким к предлагаемому яв деленной длительности между полупериодаляется устройство, содержащее модуляторы ми эквивалентного модулирующего воздейпо числу фаз первичной сети, выполненные ствия для каждого из модуляторов, что позпо схеме однофазного инвертора на ключах воляет существенно уменьшать коэффициент3гармоник выходного напряжения ПЧ. Так, для трехфазной сети длительность паузы обычно выбирают равной 30 эл. град. 2.Однако во время действия паузы напряжение эквивалентной фазы сети, к которой подключается нагрузка преобразователя, оказывается меньше напряжения эквивалентной фазы в отсутствие паузы, т. е, эквивалентная 12-фазная система напряжений, формирующаяся при этом, оказывается несимметричной. Это приводит к повышению коэффициента гармоник выходного напряжения преобразователя, и, следовательно, к увеличению массы и габаритов фильтров, что одновременно со снижением энергетических показателей ухудшает динамические характеристики преобразователя.Цель изобретения - улучшение формы кривой выходного напряжения путем снижения коэффициентов гармоник.Поставленная цель достигается тем, что преобразователь частоты с непосредственной связью, содержащий однофазные согласующие трансформаторы по числу фаз питающей сети и однофазные инвертирующие ячейки на ключах с двухсторонней проводимостью, причем силовые входные выводы этих ячеек подключены ко вторичным обмоткам соответствующих трансформаторов, а выходные выводы ячеек соединены между собой последовательно и образуют выходную цепь преобразователя, снабжен двумя вентильными мостами с управляемыми ключами на их выходах, первичные обмотки согла, сующих трансформаторов выполнены с отпайками, подключенными ко входам одного вентильного моста, одни концы этих обмоток подключены ко входам второго вентильного моста, а другие их концы образуют силовые входные выводы преобразователя для подключения их к сети.На фиг. 1 представлен предлагаемый преобразователь частоты, принципиальная схема; на фиг. 2 - временные диаграммы работы ключей преобразователя; на фиг. 3 временная диаграмма (эпюра) выходного напряжения ПЧ; на фиг. 4 - векторные диаграммы, поясняющие принцип формирования выходного напряжения.Преобразователь частоты содержит од.нофазные согласующие трансформаторы 1 - 3 по числу фаз первичной сети (в приведенной схеме три фазы), однофазные инверторные ячейки 4 - 6, силовые входные выводы которых подключены ко вторичным обмоткам 7 - 9 трансформаторов 1 - 3, а выходные - последовательно между собой и с нагрузкой 1 О.Инверторные ячейки выполнены на ключах 11 - 22 ко входам вентильных мостов 23 и 24 с ключами .25 и 26, на их выходах подключены отпайки 27 - 29 и одни концы первичных обмоток 30 - 32, а другие концы 33 - 35 образуют силовые входные выводы, подключаемые к фазам сети А, В и С. 5 10 15 20 25 Зо 35 40 45 50 55 4Принцип формирования выходного напряжения заключается в том, что, замыкая ключи 11 - 22 однофазных инверторов 4 - 6 по определенному алгоритму, в общем контуре суммирования, в который включена нагрузка 1 О, получают сумму, в одном случае, двух, а в другом - трех векторов напряжений вторичных обмоток 7 - 9 трансформаторов 1 - 3, причем суммарные векторы оказываются сдвинутыми друг относительно друга на угол 6, что дает возможность реализовать эквивалентную 12-фазную систему напряжений.Рассмотрим формирование эквивалентной 12-фазной системы напряжений.Алгоритмы переключения ключей 11 - 22 и 25, 26 соответствуют временным диаграммам на фиг. 2,При замыкании ключей 11, 14; 16, 17;19, 22 и ключа 26 в момент 1, в общий контур суммирования включаются вектор А (обмотка 7), вектор - В (обмотка 8) и вектор С (обмотка 9). Суммарный вектор 1 изображен на диаграммах 36 - 48 (фиг. 4).На временной диаграмме выходного напряжения (фиг. 3) это состояние соответствует интервалу 1 о - 1.В момент времени 1 размыкается ключ 22, замыкается ключ 21, размыкается ключ 26 и замыкается ключ 25, и в интервале 1 - 1 в контуре суммируются векторы Аи - В, обмотка 9 оказывается исключенной из общего контура и образуется суммарный вектор 11 (диаграммы 37 и 48 на фиг. 4, сдвинутый относительно сектора 1 иа угол ". При этом, благодаря замыканию ключа 25, общая точка первичных обмоток трансформаторов, включенных по схеме звезда, оказывается в точке соединения отпаек 27 - 29, коэффициент трансформации трансформаторов 1 - 3 повышается и вектор 11 оказывается равным по величине вектору 1 (на фиг. 4 обозначения А, В и С соответствуют соединению в общую точку выводов 33, 34 и 35 первичных обмоток трансформаторов - замкнут ключ 26, а обозначения А, В, С - соединению в общую точку отпаек 27, 28, 29 - замкнут ключ 25).На диаграмме 48 (фиг. 4) показан вектор 11, который образуется на данном интервале в схеме прототипа.В момент времени 1 размыкаются ключи 19 и 25, замыкаются ключи 20 и 26, и в интервале 1 - 15 напряжения вторичных обмоток 7 - 9 образуют систему напряжений А, В и С, в общем контуре суммируются векторы А- В, - С и формируют суммарный вектор 111 (диаграммы 38,48 на фиг. 4), сдвинутый относительно вектора 1 на угол -фПоследующие суммарные векторы 17 -з Х 11 формируются аналогично, оказываются сдвинутыми друг относительно друга на угол б и образуют эквивалентную 12-фазную симметричную систему напряжений (диаграммы 39 - 47 и 48 на фиг. 4). На диаграм5ме 48 видночто эквивалентная 12-фазная система напряжений, образованная векторами 1 - Х 11 оказывается несимметричной, что и обуславливает повышение коэффициента гармоник выходного напряжения преобразователя.Таким образом, в предлагаемом ПЧ, испоЛьзуя приведенный алгоритм переключения ключей, на нагрузке 10 получают выходное напряжение с коэффициентом гармоник 0,152, меньшим, чем у прототипа.формула изобретенияПреобразователь частоты с непосредственной связью, содержащий однофазные согласующие трансформаторы по числу фаз питающей сети и однофазные инверторные ячейки на ключах с двухсторонней проводимостью, причем силовые входные выводы этих ячеек подключены ко вторичным обмоткам соответствующих трансформаторов, а выходные выводы ячеек соединены между собой последовательно и образуют выходную цепь преобразователя, отличающийся тем,6что, с целью улучшения формы кривой выходного напряжения путем снижения коэффициента гармоник, он снабжен двумя вентильными мостами с управляемыми ключамина их выходах, первичные обмотки согласующих трансформаторов выполнены с отпайками, подключенными ко входам одноговентильного моста, одни концы этих обмотокподключены ко входам второго вентильногомоста, а другие их концы образуют силовыевходные выводы преобразователя для под 1 О ключения их к сети.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Пьяных Б. Е. Исследование несимметричных режимов преобразователей частотыс однократной модуляцией. Дис. на соиск,уч. степени канд. техн. наук. Киев, 1972,с. 211 - 225,2. Мыцык Г. С., Сенько В. И. и Скобченко В. М. Построение, анализ и возможности , применения преобразователей. частоты26 с квазиоднополосной модуляцией. - Автоматизация управления организационными итехническими системами. Томск, изд-во. Томского университета, 1979, с. 175 в 1.-в Составитель Г. Мыцая Техред А. БойкасТираж 733 арощ ИИПИ Госу по делам 5, Москва,ППП Пате