Трехфазный реверсивный знакопеременный преобразователь частоты, ведомый сетью

Авторы патента:

Халина Татьяна Михайловна (RU)

Еремочкин Сергей Юрьевич (RU)

Стальная Мая Ивановна (RU)

H02M5/16 - для преобразования частоты

Владельцы патента RU 2470449:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) (RU)

Изобретение относится к устройствам преобразования частоты, ведомых сетью, и может быть использовано в установках, в которых требуется регулирование частоты. Технический результат заключатся в получении на нагрузке знакопеременного напряжения различной частоты. Два полупроводниковых блока трехфазного мостового модуля выполнены из полупроводниковых элементов, причем полупроводниковые элементы одного полупроводникового блока объединены и подключены к началу нагрузки и полупроводниковые элементы другого полупроводникового блока объединены и подключены к концу нагрузки. Полупроводниковые элементы одного полупроводникового блока и полупроводниковые элементы другого полупроводникового блока соединены попарно, и эти пары подключены к соответствующим фазам трехфазного источника переменного напряжения. В качестве полупроводниковых элементов использованы транзисторы, пропускающие в ключевом режиме ток в направлениях от эмиттера к коллектору и от коллектора к эмиттеру. Коллекторы транзисторов одного полупроводникового блока трехфазного мостового модуля объединены и подключены к началу нагрузки, а коллекторы транзисторов другого полупроводникового блока трехфазного мостового модуля объединены и подключены к концу нагрузки. Эмиттеры транзисторов одного и другого полупроводниковых блоков трехфазного мостового модуля соединены попарно и подключены к соответствующим фазам трехфазного источника переменного напряжения. 3 ил.

Предлагаемое изобретение относится к устройствам преобразования частоты, ведомых сетью, и может быть использовано в установках, в которых требуется регулирование частоты.

Известно устройство преобразования переменного напряжения одной частоты в переменное напряжение другой частоты, содержащее два трехфазных мостовых реверсивных модуля, каждый из которых образован двумя полупроводниковыми блоками, выполненными из полупроводниковых элементов. В качестве полупроводниковых элементов использованы двенадцать тиристоров. Катоды трех тиристоров и аноды трех тиристоров двух полупроводниковых блоков обоих трехфазных мостовых реверсивных модулей объединены через уравнительный реактор и подключены к началу нагрузки. Аноды трех тиристоров и катоды трех тиристоров двух полупроводниковых блоков обоих трехфазных мостовых реверсивных модулей также объединены через уравнительный реактор и подключены к концу нагрузки. В каждом трехфазном мостовом реверсивном модуле катоды тиристоров одного полупроводникового блока и аноды тиристоров другого полупроводникового блока соединены попарно, и эти пары подключены к вторичной обмотке трехфазного трансформатора. Первичная обмотка трехфазного трансформатора подключена к трехфазному источнику переменного напряжения (Бернштейн А.Я., Гусяцкий Ю.М., Кудрявцев А.В., Сарбатов Р.С. Тиристорные преобразователи частоты в электроприводе / А.Я.Бернштейн, Ю.М.Гусяцкий, А.В.Кудрявцев, Р.С.Сарбатов - М.: Энергия, 1980. - С.203, рис.6.1).

Основными недостатками описанного устройства преобразования переменного напряжения одной частоты в переменное напряжение другой частоты являются отсутствие возможности получения на нагрузке напряжения высокой частоты, низкая надежность, большие габариты, сложность системы управления вследствие большого количества тиристоров, используемых в трехфазных мостовых реверсивных модулях.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является полупроводниковое устройство преобразования переменного напряжения в постоянное, содержащее два полупроводниковых блока трехфазного мостового модуля, выполненных из полупроводниковых элементов. В качестве полупроводниковых элементов использованы шесть тиристоров. Катоды трех тиристоров одного полупроводникового блока объединены и подключены к началу нагрузки, аноды трех тиристоров другого полупроводникового блока объединены и подключены к концу нагрузки. Аноды одного полупроводникового блока и катоды другого полупроводникового блока соединены попарно, и эти пары подключены к соответствующим фазам трехфазного источника переменного напряжения (Терехов В.М. Элементы автоматизированного электропривода / В.М. Терехов. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - С.45, рис.2.14).

Основным недостатком этого полупроводникового устройства преобразования переменного напряжения в постоянное является отсутствие возможности получения на нагрузке переменного напряжения различной частоты.

Предлагаемым изобретением решается задача получения на нагрузке знакопеременного напряжения различной частоты.

Для решения поставленной задачи в трехфазном реверсивном знакопеременном преобразователе частоты, ведомом сетью, содержащем два полупроводниковых блока трехфазного мостового модуля, выполненных из полупроводниковых элементов, причем полупроводниковые элементы одного полупроводникового блока объединены и подключены к началу нагрузки и полупроводниковые элементы другого полупроводникового блока объединены и подключены к концу нагрузки, а полупроводниковые элементы одного полупроводникового блока и полупроводниковые элементы другого полупроводникового блока соединены попарно, и эти пары подключены к соответствующим фазам трехфазного источника переменного напряжения, согласно изобретению в качестве полупроводниковых элементов использованы транзисторы, пропускающие в ключевом режиме ток в направлениях от эмиттера к коллектору и от коллектора к эмиттеру. При этом коллекторы транзисторов одного полупроводникового блока трехфазного мостового модуля объединены и подключены к началу нагрузки, а коллекторы транзисторов другого полупроводникового блока трехфазного мостового модуля объединены и подключены к концу нагрузки. Эмиттеры транзисторов одного и другого полупроводниковых блоков трехфазного мостового модуля соединены попарно и подключены к соответствующим фазам трехфазного источника переменного напряжения.

Обеспечение возможности получения на нагрузке знакопеременного напряжения различной частоты обусловлено использованием в качестве полупроводниковых элементов транзисторов, пропускающих в ключевом режиме ток в прямом и обратном направлениях вследствие симметричной структуры полупроводникового транзистора - р-n-р или n-р-n.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого трехфазного реверсивного знакопеременного преобразователя частоты, ведомого сетью; на фиг.2 изображены осциллограммы напряжений трехфазного источника переменного напряжения, осциллограммы напряжений на нагрузке при частоте 150 Гц, а также указаны транзисторы, открываемые в каждый конкретный промежуток времени; на фиг.3 изображены осциллограммы напряжений трехфазного источника переменного напряжения, осциллограммы напряжений на нагрузке при частоте 30 Гц, а также указаны транзисторы, открываемые в каждый конкретный промежуток времени.

Кроме того на чертеже используются следующие обозначения:

- Uсети - напряжение сети;

- А, В, С - фазы питания от трансформатора напряжения;

- VT1-VT6 - полупроводниковые транзисторы;

- t1-t8 - промежутки времени.

Трехфазный реверсивный знакопеременный преобразователь частоты, ведомый сетью, содержащий два полупроводниковых блока 1 и 2 трехфазного мостового модуля, выполненных из полупроводниковых элементов. В качестве полупроводниковых элементов использованы транзисторы, пропускающие в ключевом режиме ток в направлениях от эмиттера к коллектору и от коллектора к эмиттеру.

В первом полупроводниковом блоке 1 коллекторы транзисторов 2 (VT1), 3 (VT3), 4 (VT5) объединены и подключены к началу 5 нагрузки 6. Во втором полупроводниковом блоке 7 коллекторы транзисторов 8 (VT2), 9 (VT4), 10 (VT6) объединены и подключены к концу 11 нагрузки 6.

Эмиттер транзистора 2 (VT1) первого полупроводникового блока 1 и эмиттер транзистора 8 (VT2) второго полупроводникового блока соединены, и их пара подключена к фазе 12 (фаза А) трехфазного источника переменного напряжения.

Эмиттер транзистора 3 (VT3) первого полупроводникового блока 1 и эмиттер транзистора 9 (VT4) второго полупроводникового блока соединены, и их пара подключена к фазе 13 (фаза В) трехфазного источника переменного напряжения.

Эмиттер транзистора 3 (VT5) первого полупроводникового блока 1 и эмиттер транзистора 10 (VT6) второго полупроводникового блока соединены, и их пара подключена к фазе 14 (фаза С) трехфазного источника переменного напряжения.

Работа трехфазного реверсивного знакопеременного преобразователя частоты, ведомого сетью, осуществляется следующим образом.

Для получения расчетной частоты регулируемого напряжения 150 Гц в начальный момент времени t1 (фиг.2) открываются транзисторы 2 (VT1) и 9 (VT4), ток пойдет по цепи фаза 12 (фаза А) трехфазного источника переменного напряжения, транзистор 2 (VT1), нагрузка 6, транзистор 9 (VT4), фаза 13 (фаза В) трехфазного источника переменного напряжения. В момент времени t2 открываются транзисторы 8 (VT2) и 4 (VT5), ток пойдет по цепи фаза 12 (фаза А) трехфазного источника переменного напряжения, транзистор 8 (VT2), нагрузка 6, транзистор 4 (VT5), фаза 14 (фаза С) трехфазного источника переменного напряжения. В момент времени t3 открываются транзисторы 3 (VT3) и 10 (VT6), ток пойдет по цепи фаза 13 (фаза В) трехфазного источника переменного напряжения, транзистор 3 (VT3), нагрузка 6, транзистор 10 (VT6), фаза 14 (фаза С) трехфазного источника переменного напряжения. В момент времени t4 открываются транзисторы 9 (VT4) и 2 (VT1), ток пойдет по цепи фаза 13 (фаза В) трехфазного источника переменного напряжения, транзистор 9 (VT4), нагрузка 6, транзистор 2 (VT1), фаза 12 (фаза А) трехфазного источника переменного напряжения. В момент времени t5 открываются транзисторы 4 (VT5) и 7 (VT2), ток пойдет по цепи фаза 14 (фаза С) трехфазного источника переменного напряжения, транзистор 4 (VT5), нагрузка 6, транзистор 8 (VT2), фаза 12 (фаза А) трехфазного источника переменного напряжения. В момент времени t6 открываются транзисторы 10 (VT6) и 3 (VT3), ток пойдет по цепи фаза 14 (фаза С) трехфазного источника переменного напряжения, транзистор 10 (VT6), нагрузка 6, транзистор 3 (VT3), фаза 13 (фаза В) трехфазного источника переменного напряжения. В момент времени t7 последовательность работы трехфазного реверсивного знакопеременного преобразователя частоты, ведомого сетью, повторяется.

Для получения расчетной частоты регулируемого напряжения 33,33 Гц в начальный момент времени t0 (фиг.3) открываются транзисторы 2 (VT1) и 9 (VT4), ток пойдет по цепи фаза 12 (фаза А) трехфазного источника переменного напряжения, транзистор 2 (VT1), нагрузка 6, транзистор 9 (VT4), фаза 13 (фаза В) трехфазного источника переменного напряжения. В момент времени t1 открываются транзисторы 2 (VT1) и 10 (VT6), ток пойдет по цепи фаза 12 (фаза А) трехфазного источника переменного напряжения, транзистор 2 (VT1), нагрузка 6, транзистор 10 (VT6), фаза 14 (фаза С) трехфазного источника переменного напряжения. В момент времени t2 открываются транзисторы 3 (VT3) и 10 (VT6), ток пойдет по цепи фаза 13 (фаза В) трехфазного источника переменного напряжения, транзистор 3 (VT3), нагрузка 6, транзистор 10 (VT6), фаза 14 (фаза С) трехфазного источника переменного напряжения. В момент времени t3 открываются транзисторы 3 (VT3) и 8 (VT2), ток пойдет по цепи фаза 13 (фаза В) трехфазного источника переменного напряжения, транзистор 3 (VT3), нагрузка 6, транзистор 8 (VT2), фаза 12 (фаза А) трехфазного источника переменного напряжения. В момент времени t4 открываются транзисторы 10 (VT6) и 3 (VT3), ток пойдет по цепи фаза 14 (фаза С) трехфазного источника переменного напряжения, транзистор 10 (VT6), нагрузка 6, транзистор 3 (VT3), фаза 13 (фаза В) трехфазного источника переменного напряжения. В момент времени t5 открываются транзисторы 8 (VT2) и 3 (VT3), ток пойдет по цепи фаза 12 (фаза А) трехфазного источника переменного напряжения, транзистор 8 (VT2), нагрузка 6, транзистор 3 (VT3), фаза 13 (фаза В) трехфазного источника переменного напряжения. В момент времени t6 открываются транзисторы 8 (VT2) и 4 (VT5), ток пойдет по цепи фаза 12 (фаза А) трехфазного источника переменного напряжения, транзистор 8 (VT2), нагрузка 6, транзистор 4 (VT5), фаза 14 (фаза С) трехфазного источника переменного напряжения. В момент времени t7 открываются транзисторы 9 (VT4) и 4 (VT5), ток пойдет по цепи фаза 13 (фаза В) трехфазного источника переменного напряжения, транзистор 9 (VT4), нагрузка 6, транзистор 4 (VT5), фаза 14 (фаза С) трехфазного источника переменного напряжения.

Таким образом, предлагаемое изобретение имеет преимущества по сравнению с известными из-за возможности получения на нагрузке знакопеременного напряжения различной частоты.

Трехфазный реверсивный знакопеременный преобразователь частоты, ведомый сетью, содержащий два полупроводниковых блока трехфазного мостового модуля, выполненных из полупроводниковых элементов, причем полупроводниковые элементы одного полупроводникового блока объединены и подключены к началу нагрузки и полупроводниковые элементы другого полупроводникового блока объединены и подключены к концу нагрузки, а полупроводниковые элементы одного полупроводникового блока и полупроводниковые элементы другого полупроводникового блока соединены попарно, и эти пары подключены к соответствующим фазам трехфазного источника переменного напряжения, отличающийся тем, что в качестве полупроводниковых элементов использованы транзисторы, пропускающие в ключевом режиме ток в направлениях от эмиттера к коллектору и от коллектора к эмиттеру, при этом коллекторы транзисторов одного полупроводникового блока трехфазного мостового модуля объединены и подключены к началу нагрузки, а коллекторы транзисторов другого полупроводникового блока трехфазного мостового модуля объединены и подключены к концу нагрузки, эмиттеры транзисторов одного и другого полупроводниковых блоков трехфазного мостового модуля соединены попарно и подключены к соответствующим фазам трехфазного источника переменного напряжения.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в электроприводе для управления скоростью асинхронных электродвигателей. .

Преобразователь частоты // 2470438

Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для использования в электроприводах переменного тока, управляемых оптоэлектронными изоляторами, и источниках вторичного электропитания.

Частотно-широтно-импульсный регулятор переменного напряжения // 2462804

Изобретение относится к области силовой преобразовательной техники и может использоваться, например, в регуляторах температуры. .

Способ и устройство бесфильтрового преобразования частоты // 2414042

Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для использования в приемных устройствах и совмещенных приемниках спутниковой навигации с использованием прямого преобразования.

Трехфазный преобразователь частоты // 2400914

Изобретение относится к электротехнике. .

Устройство для регулирования частоты вращения вентилятора электровоза переменного тока // 2285329

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано на электроподвижном составе переменного тока для регулирования частоты вращения вентиляторов с приводными трехфазными асинхронными электродвигателями.

Устройство для регулирования производительности вентилятора электровоза переменного тока // 2285328

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано на электроподвижном составе переменного тока для регулирования производительности вентиляторов с приводными трехфазными асинхронными электродвигателями.

Удвоитель частоты // 2279177

Изобретение относится к электротехнике, к преобразователям частоты, в частности к умножителям трансформаторного типа, например удвоителям, и может быть использовано для питания высокоскоростных электроприводов деревообрабатывающей промышленности, безредукторных центрифуг, для индукционного нагрева больших металлических заготовок и т.д.

Способ преобразования частоты // 2269860

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для преобразования частоты многофазного переменного тока. .

Способ преобразования напряжения // 2172055

Изобретение относится к электротехнике и служит для преобразования формы, амплитуды и частоты переменного напряжения с промежуточным преобразованием в постоянное напряжение либо преобразования постоянного напряжения в переменное произвольной формы с регулируемыми амплитудой и частотой.

Понижающий преобразователь частоты // 2558390

Изобретение относится к силовой электротехнике и может быть использовано в системах электропривода с плавной регулировкой скорости вращения, в том числе гребного, а также в установках депарафинизации нефтяных скважин. Преобразователь частоты содержит полупроводниковый коммутатор, подключенный к вторичной круговой обмотке трансформатора с вращающимся магнитным полем. Система импульсно-фазового управления обеспечивает нарастающую задержку сигналов управления ключами, коммутирующими отводы круговой обмотки, так что каждая следующая коммутация пары отводов круговой обмотки имеет период, больший на определенное значение, определяемое коэффициентом преобразования частоты, что в результате обеспечивает понижение частоты основной гармоники выходного напряжения. Техническим результатом является увеличение надежности за счет отсутствия конденсатора в силовой цепи и отсутствие промежуточного звена постоянного тока, повышение качества выходного напряжения с возможностью его улучшения за счет введения дополнительных отводов круговой обмотки и повышение электромагнитной совместимости устройства с питающей сетью. 5 ил., 3 табл.

Устройство получения регулируемого по частоте напряжения на выходе многофазного генератора переменного тока с постоянной частотой вращения вала // 2580843

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам генерирования электроэнергии с регулированием по частоте и напряжению при постоянной частоте вращения вала. Устройство получения регулируемого по частоте напряжения на выходе многофазного генератора переменного тока с постоянной частотой вращения вала содержит три синхронных генератора переменного тока, объединенных общим приводом, основные трехфазные обмотки статоров которых включены в три ветви таким образом, что в каждую ветвь включены последовательно по три разноименных фазных обмоток, при этом начала ветвей образуют силовой трехфазный выход с напряжением регулируемой частоты, а концы ветвей соединены в “звезду”. Технический результат состоит в снижении массогабаритных характеристик устройства и повышении надежности. 6 ил.

Способ умножения частоты и устройство для его осуществления // 2592864

Изобретение относится к силовой электротехнике и может быть использовано для питания систем автоматики и электродвигателей с повышенной частотой вращения, а также систем индукционного нагрева. Из уровня техники известны различные конструкции ферромагнитных умножителей частоты, принцип действия которых основан на выделении нужной гармоники основной частоты питающей сети с помощью различного рода комбинаций соединения вторичных обмоток и в некоторых случаях резонансных контуров. Суть предлагаемого способа умножения частоты заключается в использовании дополнительной степени свободы структуры трансформатора с вращающимся магнитным полем и за счет резко нелинейного распределения создаваемого первичной трехфазной обмоткой магнитного потока. Таким образом, выходное напряжение формируется из отдельных полуволн, снимаемых с катушек вторичной обмотки и коммутируемых в заданной последовательности, что в результате обеспечивает умножение частоты выходного напряжения. Предлагаемое устройство реализует указанный способ умножения и позволяет получить коэффициент умножения в шесть раз, то есть при частоте питающей сети 50 Гц на выходе умножителя формируется синусоидальное напряжение частотой 300 Гц. Конструкция умножителя является технологичной и подходит для автоматизированной намотки. Техническим результатом является эффективное умножение частоты выходного напряжения, упрощение конструкции трансформатора, увеличение коэффициента полезного действия и повышение электромагнитной совместимости устройства с питающей сетью. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

Преобразователь частоты на базе трансформатора с вращающимся магнитным полем // 2616971

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразователям электрической энергии, и может быть использовано для получения высококачественного трехфазного напряжения измененной частоты для питания спецпотребителей в автономных электроустановках. Преобразователь частоты выполнен на базе трансформатора с вращающимся магнитным полем, имеющего полную геометрическую, электрическую и магнитную симметрии с первичной трехфазной обмоткой, соединенной по схеме «звезда» и включенной на питающую сеть, и круговую обмотку, число секций которой кратно трем и каждый из отводов которой подключен к выходным сборным шинам трехфазного переменного напряжения через группу вентилей из трех полностью управляемых и имеющих двустороннюю проводимость в открытом состоянии силовых ключей. Силовой коммутатор включает вентили таким образом, что на выходные сборные шины вторичного трехфазного напряжения производится подключение отводов круговой обмотки, электрический потенциал в которых имеет взаимный фазовый сдвиг, равный 2π/3, при этом включение и отключение двух соседних отводов производится с перекрытием по времени, в результате чего происходит выравнивание их потенциалов, что приводит к улучшению формы выходного напряжения и уменьшению коэффициента гармоник, а изменением длительности включенного состояния силовых ключей, составляющих группы вентилей, производится изменение частоты выходного напряжения. 1 табл., 7 ил.

Статический многоуровневый преобразователь частоты для питания синхронных и асинхронных электродвигателей // 2634480

Изобретение относится к области электротехники, а именно к многоуровневым преобразователям частоты, и может быть использовано для пуска и регулирования скорости вращения асинхронных и синхронных электродвигателей. Технический результат заявляемого устройства - обеспечение выявления выходного напряжения статического многоуровнего преобразователя частоты (СМПЧ) при однофазном замыкании (ОЗЗ) как при номинальных значениях, так и при малых значениях выходного напряжения и, соответственно, предотвращение последствий аварийной ситуации на начальной стадии запуска электродвигателя при невысоком уровне выходного напряжения СМПЧ. Технический результат достигается тем, что в статическом многоуровневом преобразователе частоты для питания асинхронных и синхронных электродвигателей, блок управления выполнен с входом «Блокировка», введен блок защиты при однофазном замыкании на землю с аналоговым входом управления и дискретным выходом «Авария», содержащий резистивный делитель напряжения, являющийся аналоговым входом блока защиты, интегратор, двухполярный пороговый элемент с прямым и инверсным входами, RS-триггер, исполнительный орган, являющийся дискретным выходом блока защиты, элемент временной задержки и логический элемент 2И, выход делителя напряжения соединен с входом интегратора, выход которого присоединен к входу порогового элемента, прямой выход порогового элемента соединен с S-входом RS-триггера, а его выход с входом исполнительного органа и элемента временной задержки, логический элемент 2И по цепям входов соединен с инверсным выходом порогового элемента и элемента временной задержки, а по цепи выхода - с R-входом RS-триггера, при этом резистивный делитель напряжения присоединен одним выводом к общей точке силовых модулей, соединенных в звезду, а вторым - к цепи контура заземления, выход исполнительного органа присоединен к входу «Блокировка» блока управления. 2 ил.

Способ преобразования частоты // 2639048

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразователях частоты систем электродвижения судов переменного тока, а также в тяговом электроприводе. Техническим результатом является улучшение технических и эксплуатационных характеристик непосредственных преобразователей частоты, в том числе на базе трансформатора с вращающимся магнитным полем. В способе преобразования частоты используют соотношения, равное натуральному числу е (приближенно равно 2,72), так что суммирование двух взаимно обратных функций напряжения дает результирующую гладкую функцию, без разрывов и с улучшенным гармоническим составом. В результате отсутствуют разрывов кривой выходного напряжения, что позволяет реализовать режим естественной коммутации и увеличение надежности за счет улучшения условий коммутации, что повышает качество выходного напряжения с возможностью значительного его улучшения за счет незначительного увеличения числа отводов круговой обмотки. 5 ил.

Магнитоэлектрический преобразователь ток - напряжение с удвоением частоты // 2642497

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в цепях переменного тока для преобразования тока в напряжение с удвоением частоты выходного сигнала. Преобразователь представляет собой структуру из конденсатора, обкладками которого являются изготовленные из магнитострикционного металла пластины, механически связанные с расположенной внутри них пьезоэлектрической пластиной и намотанной на него катушкой индуктивности, и магнитопровода, выполненного в виде двух П-образных пластин, вплотную примыкающих к магнитострикционным пластинам, что обеспечивает замыкание магнитного потока. Входным сигналом является ток катушки индуктивности, а выходной сигнал снимается с обкладок конденсатора. Технический результат состоит в том, что для работы преобразователя не требуется создания поля подмагничивания, и он содержит магнитопровод, который обеспечивает замыкание магнитного потока, что приводит к уменьшению потерь энергии. 1 ил.