Способ умножения частоты многофазного переменного напряжения

Союз СоветснииСоциалистичесникРеспублик ОП ИКАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ п 1)875560Опубликовано 23,10. 81Бюллетень,% 39 Дата опубликования описания 23,10.81. пв Авлаи изобрвтвиий и открытий(72) Авторы изобретения Б.П.Соустин, А.В.Казанцев и В.И.Ивапчура 1) Заявит расноярский политехнический инсти 1 СПОСОБ УМН 01 КЕНИЯ ЧАСТОТЫ МНОГОФАЗНО 1 ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ Изобретение относится к электроо технике и предназначено для преобразования электрическотт энергии одной частоты в другую, более высокую.Известны способы умножения частоты многофазного переменного напряжения путем циклического подключенияФаз питающего напряжения к нагрузке.Попеременное образование цепей протекания тока нагрузки происходит припомощи тиристорных мостов с естественной коммутацией11 н 21.Недостатком этого способа является существенно ограниченный верхний предел выходной частоты, таккак время переключения тока одногонаправления на другое определяетсявременем спадания входного фазного напряжения от максимального знание чени зы нт Нвл зате что ного та ти.ние эн улучлей реал изобретени ующеи тических покаэатеособ аппаратуры,Поставленная цел с5 ется т тя чаь дости у умнож перемен ся вц ающего что согласно спосо стоты многофазного женил, заключающем подключении фаз пи к нагрузке посредс естественной комму ние тока в каждой о напряклическ тряжения вом тиристоров с ацией, переключе изобретенитои является сп аэе нагрузки с оддочгое осущестнагрузку таким двум о направления н чения до нуля,Наиболее близким к по технической сущнос соб, согласно которому циклически подключают ам многофазной системы, напряжемежду которыми в момент подклюя увеличивают на две другиенапряжение между которыми в моподключения убывает 3. едостатком известного способа отся низкие энергетические покали реализующих его устройств, обусловлено плохой формой выходнапряжения н недостаточно полиспольэованием максимального зна ния напряжения питающевляют включением нагрузки на сумму напряжений одной из фаз питающего и дополнительного введенного напряжения, опережающего питающее на уголв тот момент времени, когдайфазное питающее напряжение имеет максимальное значение, а дополнительное напряжение. равно нулю.На фиг. 1 показано устройство, реализующее предлагаемый способ; на фиг. 2 - 4 - кривые напряжений, поясняющие способ на примере Формиронания иэ двенадцатифазной симметричной системы переменных напряжений (О -О) с частотой Г 4 одной фазы выходного напряжения 04 с частотой на фиг, 5 - временные диаграммы напряжений и законов управления тири 10 35 сторами.Устройство содержит: трансформаторы 1-12 с основными 13-24 и дополнительными 25-32 вторичными обмотками;диоды 33-40, включенные между однимзажимом нагрузки 4 и концами восьми основных обмоток, все начала которых соединены с другим зажимом нагрузки 41; тиристоры 42-45, подключенные через последовательно соединенные дне дополнительные и одну основную обмотки к нагрузке 41.Соединение первичных обмоток транс.форматоров не приведено. Они могутбыть соединены любым способом,Дополнительно введенное напряжение позволяет уменьшить время переключения тока .нагрузки с одного направления на другое и за счет этогоувеличить частоту выходного напряжения. Чем больше амплитуда дополнительного напряжения, тем меньше времяпереключения тока нагрузки, так как40быстрее происходит спадание до нулясуммы питающего и дополнительного напряжений, подключенных на время переключения к нагрузке. Естественнаякоммутация возможна Раньше выбранного момента включения нагрузки на сумму напряжений однако н этом случаеухудшается гармонический состав выходного напряжения.Пусть до момента времени 1 (Фиг.2) 504к нагрузке приложено налряжение О 1,В момент времени 1 начинают переключение тока нагрузки с положительногонаправления на отрицательное путемнключения нагрузки на сумму напряжений О 2, Ои ОГ 2, В этот момент нре 40мени напряжение О 0 имеет максимальное значение, а дополнительное напряжение равное сумме напряжений десятой и двенадцатой фаэ равно нулю, Если нагрузка активная, в момент времени 1 ток нагрузки переходит через нуль и нагрузку включают на напряжение О), а в момент времени 1 - на напряжение О . В момент времени С начинают переключение тока нагрузки с отрицательного направления на положительное включением нагрузки на сумму напряжений О , О 7 и О 9, На интеРвале времени й-происходит формирование отрицательной полуволны выходного напряжения О , на интервале - -6 - положительный. Таким образом формируют выходное напряжение одной фазы с частотой Г =2 У . Аналогично формируют выходное напряжение остальных фаз, максимальное число которых может быть равно числу Фаз входного напряжения.При активно-индуктивной нагрузке формирование Фазы выходного напряжения происходит аналогично (фиг, 3) . Ток нагрузки переходит через нуль в в момент времени й, и нагрузки включается на напряжение О , Г 1 омент времени 1 определяется коэффициентом мощности нагрузки (соэ 9 ).Верхний предел выходной частоты во всем диапазоне изменения созе (от 1 до 0) выражается через время перекточения Тп= - (фиг. 3) Г.щах=1/ Т .Для дополнительного напряжения, получаемого от двух фаз ш-фазногопитающего напряжения ГтиОх=Г у При использовании большего числа фаЗ для получения дополнительного напряжения и воэможности повышения верхнего предела частоты увеличиваются, Например, используя напряжение трех фаз (фиг. 4), в момент времени й нагрузку включают на сумму напряжений О , цо, О 44 и О,1 . В этом слуУае ГнсГ 4 .ХМУстройство работает следующим образом. В момент времени 1,1 (фиг.5), когда нагрузка подключена к основной обмотке фазы трансформатора 1 через диод 33, включают тиристор 45 и к нагрузке 41 дополнительно прикладывается сумма напряжений основной обмотки трансформатора 2 (напряжение О ), дополнительных обмоток 31 фазы трансформатора 10 (напряжение О+1), и 32 фазы трансформатора 12 (напряжейие Ц ), Ток нагрузки начинает лро75560 6 0 15 20 30 35 40 45 50 5 8 текать под действием напряжения О 1,ж через тиристор 45. При активной нагрузке в момент времени й тиристор 45 выключается и включается диод 38, так как у него наибольшее напряжение на аноде. Нагрузка подключается к фазе трансформатора 9. В момент времени В происходит естественная коммутация тока с диода 38 на диод 39 и подключение нагрузки в фазе трансформатора 1 О. В момент времени включают тиристор 44 и к нагрузке дополнительно прикладывается сумма напряжений основной обмотки трансформатора 11 дополнительньх обмоток 30 фазы трансформатора 9 и дополнительных обмоток 29 фазы трансформатора 7, которая превышает напряжение основной обмотки трансформатора 10. Ток нагрУзки начинает протекать под действием напряжения этих обмоток через тиристор 44. В случае активной нагрузки в момент времени 1 тиристор 44 выключается и включается оче- . редной диод 36, затем 37 и т,д. Импульсы управпения (01 -О ) тиристорами 42-45 показаны ца фйг. 5.Если в момент времени Л (фиг,5) произвести коммутацию тока нагрузки только на фазу трансформатора 2, он при активной нагрузке станет равным нулю .в момент времени 1, (момент перехода напряжения О через нуль).Если в момент времени 14 к напряжению О 2 добавить напряжение других фаз и при этом суммарное напряжение в момент коммутации выше напряжения коммутируемой фазы и момента перехода суммарного напряжения через нуль произойдет раньше, тем самым ускоряется процесс переключения тока нагруз ки с одного направления на другое. Этими условиями удовлетворяют напряжения О 1, О +1 ф, и Ц+ОЛ,+О 4 (фиг. 2 в момент времени С ). Если на сер-Лдечниках этих фаз намотать дополнительные обмотки с любым коэффициентом трансформации (в частном случае К =1), использовать напряжение обмотки фазы .2, можно получить при различных времени переключения тока нагрузки с положительного направления на отрицательное, меньгих .й" (фиг.5) Схема соединения обмотки трансформатора 2 и двух дополнительных обмоток трансформаторов 10 и 12 привегена на фиг. 1.Увеличивая коэффициент трансформации, можно повысить частоту выходно- с го напряжения. Во сколько необходимо увеличить амплитуду дополнительного напряжения относительно фазного питающего с периодом Т, при заданном времени переключения тока нагрузки, можно найти из выражения К СФ,Я"и / Т.Если использовать вместо двух или трек дополнительных обмоток с К р 1 одну ( 11 фазы ) с коэффициентом трансформации, соответственно равным 1,732 или 3,732, получают те же значения выходной частоты.С целью регулирования выходного напряжения диоды могут быть заменены тиристорами. Регулирование частоты можно осуществлять, изменяя число дополнительных обмоток или их коэффициент трансформации либо изменяя номера переключаемых фаз,Предлагаемый способ предлагается использовать в тех случаях когда требуется регулирование амплитуды или изменение числа фаз или то и другое вместе при любом изменяющемся соз Ч с выходной частотой, выше частоты сети и имеющей одно или несколько постоянных значений изменяющихся дискретно.Используя преобразователь числа фаз трехфазное напряжение может бытьпреобразовано.в выходное напряжениеповышенной частоты с необходимым числом фаз. Кроме того, при постоянном заданном созЧмогут быть получены оптимальные соотношения числа фаз и количества дополнительных обмоток, обеспечивающие минимумы коэффициента нелинейных искажений в выходном, близком к трапецеидальцому, напряжении.Использование предлагаемого способа позволяет создать устройства превосходящие известные ло массогабаритным и энергетическим показателям.Более высокие энергетические показатели достигаются путем .улучшения формы выходного напряжения и более полного использования питающего напряжения. Коэффициент гармоник кривой выходного напряжения на фиг.2 К =30,83%, коэффициент использованйя по напряжению, определяемый отношением амплитуды первой гармоники и максимальному значению кривой, равен 1 р=0,677. Для кривой фиг. 2 эти коэффициенты равны К,.=16,27% и К =1,1. Кроме того, в зависимости иСк фот требований, предъявляемых к устройству, можно понизить Кг до 8-10%либо повысить (ПРи Высоком с 05 т) КС 11 до ,2, что невозможно осуществить по известному способу,Устройство, реализующее предлага 5 емый способ, превосходит известные умножители по КПД, на 3-107. и имеет массу, в 2,5-3 раза меньшую. По сравнению с серийно выпускаемыми тиристорными преобразователями частоты серии П 4 С устррйство, реализующее предлагаемый способ обеспечивает выигрыш по массе в 1,2-1,5 раза и отсутствие искусственной коммутации.Формула изобретенияСпособ умножения частоты многофаэ 20 ного переменного напряжения, заключающийся в циклическом подключении фаз питающего напряжения к нагрузке посредством тиристоров с естественнойкоммутацией, о т л и ч а ю щ и й -с я тем, что, с целью улучшенияэнергетических показателей реализующей его аппаратуры, переключениетока в каждой фазе нагрузки с одногонаправления на другое осуществляютвключением нагрузки на сумму напряжений одной из фаз питающего и дополнительного введенного напряжения,опережающего питающее на угол 9 = Щ 2,в тот момент времени, когда фазноепитающее напряжение;имеет максимальное значение, а дополнительное напряжение равно нулю.Источники информации,принятые Во внимание при экспертизе1. Патент СИА В 3803478,кл. Н 02 М 5/16, 1977.2. Авторское свидетельство СССРР 296200, кл. Н 02 М 5/10, 1969.Э. Авторское свидетельство СССР11" 278847, кл. Н 02 М 5/28, 1968.Составитель Г.МыцыкРедактор А.Шандор Техред М,Рейвес Еоррект еренц Заказ 9374 гой и 4 а город, ул. Проектная, 4 Патен Фили 3 Тираж 733 НИИПИ Государствен по делам изобрете 13035, Москва, ЖПодписноемитета СССРткрытийская наб., д.