Статический трехфазный преобразователь промышленной частоты в регулируемую частоту

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2ОЗИ6

Соез Соеетских

Социалистических

Республик

"Ч qg 34 т

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 13.1.1966 (№ 1049474/24-7) с присоединением заявки ¹ 1052307/24-7)

Приоритет

Опубликовано 29.XII.1967. Бюллетень ¹ 3

Дата опубликования описания 8.XII.1968

Кл. 21&, 15

21d2, 51

Комитет по целом изобретений и открытий при Соеете Министрое

СССР

1ч1П К б 05f

Н 02m

УД К 621.314.254.025, .4-83 (088.8) Автор изобретения

В. А. Фокин

Заявитель

СТАТИЧЕСКИЙ ТРЕХФАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ В РЕГУЛИРУЕМУЮ ЧАСТОТУ

Известен статический трехфазный преобразователь промышленной частоты в регулируемую частоту, содержащий три трехфазных трансформатора и магнитные усилители, управляемые от задающего генератора.

Но эти преобразователи имеют очень сложную схему и узкий диапазон выходных частот.

Особенность предлагаемого преобразователя заключается в том, что первичные обмотки каждого трансформатора содержат две секции, к каждой из которых подключен один из указанных усилителей. Вторичные обмотки трансформаторов соединены в общую звезду, каждый луч которой образован последовательно соединенными тремя обмотками разноименных фаз трех трансформаторов.

Это позволит упростить преобразователь и увеличить диапазон выходных частот.

На чертеже представлена принципиальная схема преобразователя.

Преобразователь содержит многофазные трансформаторы 1, 2 и 8. Каждый трансформатор подключен к двум модуляторам 4 и 5, выполненным в виде трехфазных магнитных усилителей с внутренней положительной обратной связью по току, содержащих рабочие обмотки б, обмотки смещения 7 и обмотки управления 8, управляемые специальным задатчиком частоты 9. Каждый из трехобмоточных трансформаторов содержит две первичные обмотки 10 и 11 и вторичную обмотку

12. Все обмотки смещения 7 магнитных усилителей включены между собой последовательно и выполняют свою обычную роль создают намагничивающую силу, направленную встречно намагничивающей силе рабочих обмоток. Обмотки управления 8 каждой пары трехфазных магнйгных усилителей, относящихся к одному трехфазному трансформатору, соединены между собой последовательно, образуя таким образом одну фазу трехфазного соединения цепи управления дросселей насыщения, получающей питание от специального трехфазного задатчика 9 пониженной (по сравнению с частотой питающей сети) частоты.

20 При синусоидальном характере изменения тока управления в группе дросселей насыщения, относящихся к одному трехфазному трансформатору 1, амплитуда напряжения будет постепенно изменяться как на каждом

25 из дросселей насыщения, так и на первичных обмотках 10 и 11 управляющего трансформатора.

При этом во вторичной обмотке 12 трансформатора будут наводиться э.д.с промышЗО ленной частоты, амплитуды которых будут

208110

Для трансформатора 3;

e2а = E„sin а t ° sin(2 t + 120 ) (7) е2ь« = E sin (а t — 120 ) sin (2 t + 120 ) (8) е2,« =Е з1п(а/+ 120 ) sin(ot+ 120") (9) Для трансформатора 1: е2, =E sinrut sin9t (1) е2ь — Е яп (а 1 — 120 ) sin - t (2)

e2,, = E„, sin (а t+ 120 ) sin -"- t (3) Йу2, с2z2, a2х2 6ypeT err — e2ь + e2c" + е2а2р и на последовательном соединении третьей группы вторичных обмоток

Для трансформатора 2:

e2, = Е„, sin u> t sin (o t — 120") е2>" — Е,„sin (u> t — 120-) sin (о t — 120-) е2,- = E sin (а1+ 120 ) sin(2t+ 120=) (4) (5) (6) I II

C2z), а2х2, 62 у2 э.д.с. будет еш — е2, +

Е2а" + Е2Ь" (12) Подставляя выражения 5 и 9 в 10 получаем

er — E sinu t. sin t+E. sin(t — 120 )яп(1 — 120=)+Е,„21п(а/+120")sin(t+120 )== Em c os (о — а) t — E n сов (о- + а) f + Em c os (l — а) t — Ет с о. ((<>+ u) 1 — 240 ) + Em co 2 (l —

2 2 2 2 2 — а) t — Ет с os ((+ а) t — 120=) = — E - с о з (2 — а) t.

= — 3

2 (10а) Подставляя выражения 2, 6 и 7 в 11 получаем еп — Е . Sin(u>t — 120 )sinot+E . kin(rut+120=)з1п(оt — 120)+Е sinurt sin(ot+120)=

= Ет cps ((Π— а) t+ 120 ) — Enr . cos ((2+а) t — 120 )+Eon cos ((о — m)t — 240 ) — Ет cos)(о +-2 2 2 2

+а)t)+Em cos((o — а)t+120 ) — Ет cos ((а+ 2)t+120 ) = — Е„, cos((2 — а)t+120 ) (11а)

2 2

Подставляя выражения 3, 4 и 8 в 12 пол чаем

el rr = Е sin (t + 120 ) sin o t + E sin ur t s fn (ll t — 120") + Е,„sin (t — 120 ) s fn (o t + 120 ) =

= — Е cos ((— аj) t — 120 ) (12а)

2 изменяться во времени по синусоидальному

=-акону, а частота и фаза будут определяться частотой и фазой тока в последовательном соединении соответствующих обмоток управления своей группы дросселей насыщения.

Пусть, в соответствии со сказанным выше, трансформаторы управляются сигналами, пропорциональными соответственно sinQf, sin (Qt — 120 ) и sin (й/+120 ), а частота сети, к которой включены эти симметричные трехфазные трансформаторы, равна ur. Тогда э.д.с., наводимая в отдельных фазах вторичной обмотки трансформаторов, будет определяться уравнениями:

Из уравнений 10а, 11а и 12а следует, что на выходе соединения вторичных обмоток 12 трансформаторов 1, 2 и 8 будет действовать трехфазная симметричная система напряжений частоты ur2=ur — й, равной разности частот питающей сети ur и сигнала управления Й, генерируемого задатчиком частоты 9. Если частота 0 управляющего сигнала изменяется в пределах 0<0(й„,„„то это определит изменение частоты на выходе преобразователя н — Имаком (ж <а. Если приемниками энергии являются асинхронные короткозамкнутые двигатели, то примерно в тех же пределах будет изменяться скорость их вращения.

На основании схемы взаимного включения фаз вторичных обмоток 12 трансформаторов щ 1, 2 и 8 можно установить,. что результирующая э.д.с на последовательном соединении одной груп пы вторичных обмоток трансформато11

ff/ ров 02х2, 62у2 и с2 22 будет еl — «2g + е2ь + 5 с

Е2с" (10) на последовательном соединении другой групгы вторичных обмоток трансформаторов

Если в соответствии с принципиальной схемой преобразователя меняется чередование

3Р фаз на входе трехфазного задатчика частоты с помощью переключателя 18, то изменится также и последовательность фаз на выходе этого трехфазного задатчика частоты 9. Пусть после такого изменения порядка следования

35 фаз трансформаторы 1, 2 и 3 управляются сигналами, пропорциональными соответственно sinQt, sin(At+120 ) и sin(Qt — 120 ). Тогда э.д.с., наводимые в отдельных фазах вто4р ричной обмотки трансформаторов, будут определяться следующими уравнениями.

2081Ы

Для трансформатора 1: 2а :Eù $1пО)t $1пЯt

U b —— E sin (u> t — 120 ) sin 2 t

U2c = Ещ . sin (

Для трансформатора 3 (13) Ua =Е sinat. sin(Оt — 120 ) (19) (14) Уи « — Е sin ((o t — 120 ) sin (2 3 — 120 ) (20) (15) 5 U2c = Е sin (а t + 120 ) sin (Q t 120 ) (21) (23) на последовательном соединении третьей группы вторичных обмоток с яд, а х и b у будет

Unl: 2с + U2o" + U2b!": E ä sin (<0 t -(120 ) sin — 120=) sin (О t — 120 ) =—

2 г+Е - sinet sin(2t+120"-)+E,„sin(o t— — Е„,сos ((2 -+ о>) t+ 120- ) (24)

Обмотка управления 8 в магнитных усилителях 4 и 5 предлагаемого статического преобразователя частоты сцеплена одновременно с тремя фазами рабочих обмоток б, что позволяет, исключив наведение э.д.с. питающей сети в цепи управления, приблизить к синусоидальной форму кривой тока управления и расширить тот диапазон частот управления, который обеспечивает практически спнусоидальную форму кривой огибающей амплитуды напряжения на рабочих обмотках магнитных уоил ителей 4 и б, а следовательно, и на вторичных обмотках 12 трехобмоточных трансформаторов 1, 2 и 3.

Известно, что при частотном регулировании асинхронных короткозамкнутых двигателей вместе с регулированием частоты необходимо регулировать напряжение на зажимах управляемого асинхронного двигателя.

В предлагаемом статическом преобразователе частоты амплитуда напряжения на зажимах двигателя будет зависеть от амплитуды управляющего сигнала, задаваемого трехфазным задатчиком частоты 9, и поэтому. может регулироваться с его помощью. Если в качестве задатчика частоты 9 использовать асинхронную машину с контактными кольцами, то напряжение малой частоты, снимаемое с контактных колец, могло бы регулироваться изменением напряжения статора такой м»шины.

Таким образом, изменяя как частоту, так и величины напряжения трехфазного задатчика частоты (имеющего мощность, во много раз меньшую мощности приводных асинхронных двигателей), с помощью предлагаемого статиУравнения 22, 23 и 24 получены так же, как и уравнения 10а, 11а и 12а на основе известного соответствия разности косинусов различных аргументов удвоенному произведению синуса полусуммы на синус обратной полуразности.

Из уравнений 22, 23 и 24 следует, что в данном случае на выходе соединения вторичных обмоток 12 трансформаторов 1, 2 и 8 будет действовать трехфазная симметричная система напряжений частоты co> — о +И, равной сумме частот питающей сети о и сигнала управления Р, генерируемого задатчиком частоты 9.

Если плавно регулируемая частота Q управляющего сигнала изменяется в пределах

0(й<Р„„„то это определит плавное изменение частоты на выходе преобразователя в пределах о<и (со+Я после указанного выше изменения порядка следования фаз на выходе трехфазного симметричного задатчика частоты 9. Если учесть, что до этого изменения по- 35 рядка следования фаз на выходе задатчика частоты 9 при тех же,пределах изменения частоты задатчика частота ю на выходе преобразователя изменялась в пределах а — Q,„( ((02(0), то становится ясно, что предлагае- 40 мый здесь порядок изменения следования фаз задатчика частоты позволяет расширить в два раза пределы плавного регулирования частоты на выходе преобразователя к— вах (+2(<+ мвкс. 45

Если приемниками энергии являются асинхронные короткозамкнутые двигатели, то примерно в тех же пределах будет изменяться скорость их вращения.

Для трансформатора 2

На основании схемы взаимного включения фаз вторичных обмоток трансформаторов

U ° — Е 1

2g" —,„sin cot sin(2 3+ 120 ) (16) щ можно установить, что результирующая э.д.с.

U b" = E sin (ш t — 120 ) sin (0 t + 120 ) (17) на последовательном соединении первой rpynU,, — Е . sin(t y 120) sing t+ 120) (18) пы вторичных обмоток трансформаторов арх, 4у и с z3" будет i = U2a + U2b" + Ugс": Ещ sin u> t sin Q t + Ещ sin (o t — 120 ).

sin (<и t + 120 ) + EÄ sin (а t + 120 ) sin (Q t — 120 ) = — — Е cos (Π— а) t (22) на последовательном соединении другой группы вторичных обмоток 4у, с z, а х будет

UII = И2Ь! + Ugс" + Ugo« — Е,„Sill (в t — 120 ) Sin Q t + Е„, Sill (а t + 120 ) З1П (2 t + 120 ) +

+ Е Мп а t . sin (Я t — 120 ) = — — Е,„с оз ((2 + о ) t — 120 ) 208И6

Предмет изобретения а сЬ

ГШ 13

Редактор П. Шлайн Техред T. П. Курилко Корректоры: Г. И. Плешакова и В. В. Крылова

Заказ 3653,2(Тираж 530 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делана изобре1ений н открытий при Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4

Типография, пр. Сапунова, 2 ческого трехфазного преобразователя частоты, можно плавно регулировать частоту сравнительно мощных асинхронных короткозамкнутых двигателей. Отсутствие промежуточного звена .постоянного тока в предлагаемом преобразователе частоты позволит передавать через него необходимую реактивну|о мощность.

Направление вращения управляемых асинхронных короткозамкнутых двигателей изменяется при чередовании фаз трехфазного напряжения сети, подаваемого на обмотки 10 н

11 трехфазных трансформаторов 1, 2 и 3.

Статический трехфазный преобразователь промышленной частоты в регулируемую час5 тоту, содержащий три трехфазных трансформатора и магнитные усилители, управляемые от задающего генератора, отличаюи ийся тем, что, с целью упрощения и увеличения. диапазона выходных частот, первичные

10 обмотки каждого трансформатора содержат две секции, к каждой из которых подключен один из указанных усилителей, а вторичные обмотки трансформаторов соединены в общую звезду, каждый луч которой образован после15 довательно соединеннымн тремя обмотками разноименных фаз трех трансформаторов.