Преобразователь частоты со звеном постоянноготока

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

261548

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Кл. 21dÐ, 12/03

21d2, 14 01

Заявлено 07Х!.1967 (№ 1164037/24-7) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 13.1,1970. Бюллетень № 5

Дата опубликования описания 8/VII 1970

МПК Н 02m 5 42

Н 02m 7/72

УДК 621.314.27(088.8) Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

Авторы изобретения

А. Н. Милях, В. Е. Тонкаль и И, В, Волков

Институт электродинамики АН Украинской ССР

Заявитель

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ СО ЗВЕНОМ ПОСТОЯННОГО

ТОКА

Известен преобразователь частоты со звеном постоянного тока, содержащий силовые и вспомогательные вентили для компенсирования реактивной энергии и выходной трехфазный трансформатор с первичными и вторичными обмотками, Однако такой преобразователь частоты не обеспечивает широкого частотного диапазона и имеет низкий к.п.д.

Предложенный преобразователь частоты отличается от известного тем, что трансформатор снабжен дополнительными фазными обмотками, подключенными к группам из двух встречно-параллельно соединенных вспомогательных вентилей.

Дополнительные фазные обмотки соединены в звезду.

Каждая фазная дополнительная обмотка выполнена из двух секций, причем каждая секция одной фазной дополнительной обмотки соединена последовательно с секцией другой фазной дополнительной обмотки, образуя три группы из секций фазных дополнительных обмоток.

Такое выполнение преобразователя частоты позволяет расширить частотный диапазон и повысить к,п.д.

На фиг. 1 дана принципиальная схема опи=ываемого преобразователя частоты; на фиг. 2 — принципиальная схема выходного трансформатора, на фиг, 3 — эпюры токов и напряжений.

Преобразователь частоты содержит силовые

1 — 12 и вспомогательные 18 — 18 вентили для

5 компенсирования реактивной энергии и выходной трансформатор 19 с первичными 20 — 22 и вторичными 28 — 25 обмотками. Кроме того, трансформатор снабжен дополнительными фазными обмотками 2б — 28, соединенными в

10 звезду и подключенными к группам из двух встречно-параллельно соединенных вспомогательных вентилей 18 и 14, 15 и lб, 17 и 18.

Каждая дополнительная фазная обмотка выполнена из двух секций 29 и 80, 81 и 82, 88 и

15 84 так, что, например, секция 80 соединена последовательно с секцией 81. Аналогично соединены и остальные секции, в результате чего образуются группы из секций 80 и 81, 82 и 88 и 84 и 29.

20 Принцип работы преобразователя основан на том, что при многофазной нагрузке 85 в любой момент времени по крайней мере одна из фаз потребляет энергию, в то время как другая (или другие) фаза должна отдавать

25 ее. На фиг. 3 показаны кривые изменения напряжения, токов и энергии в трехфазной нагрузке при прямоугольной форме выходного напряжения (заштрихованные площади это энергия, которая отдается фазами) для

30 двух значений реактивности (токи i и i ) на261548

3 грузки, при одной из которых. фазы поочередно отдают энергию (5), а при другой — есть моменты времени (от t0 до t> от 4 до t и т. д.), когда одновременно должны отдавать энергию две фазы (Ь, а потребляет энергию только одна фаза.

Реактивная энергия не возвращается обратно в сеть, а передается в фазы нагрузки 85, потребляющие энергию. При этом схемы преобразователя для случая, когда энергию отдает одна фаза (высокий cosrp„) и одновременно две фазы (низкий cos с „), отличаются друг от друга.

На фиг. 1 приведена схема преобразователя для случая высокого сов р„. Форма напряжения в каждой фазе преобразователя прямоугольная, т. е. соответствует показанной на фиг. 3. При принятом соединении обмоток трансформатора 19 в звезду усложняется форма кривых напряжения (фазные напряжения имеют ступенчатую форму) и затрудняется рассмотрение принципа работы схемы, однако суть работы схемы компенсации не меняется.

В момент времени to напряжение Uz в фазе А преобразователя, т. е, на обмотке 20, инвертируется. Перед этим положительный потенциал этого напряжения был приложен к концу обмотки 20. 11ри инвертировании напряжения на обмотках 20, 26 и 28 .п д действием индуктивности .нагрузки 85 наводится э.д.с., положительный потенциал которой приложен к началу этих обмоток, сбозначечному точкой.

В момент to открызается венп ль И и ток под действием возникающей э.д.с. протекает от начала обмотки 25 через вент гль 18 и оомотку 28 к ее концу (на фиг. 3 напряжение в этот момент времени положительно, т. е. его плюс на начале обмотки 28). Если ранее энергия отдавалась в сеть, то теперь она отдается в фазу нагрузки 85, а потребление энергии этой фазы из сети в промежуток времени tp — t> уменьшается.

Следующее переключение (фиг. 3) происходит,в фазе С в момент. времени 4. От действия индуктивности нагрузки 85 возникает э.д.с., положительный полюс которой на конце обмотки 28. Открывается вентиль 1 и через него и обмотку 2б от конца к началу (напряжение источника приложено к этой омотке также от конца к началу) энергия гередается в фазу В нагрузки.

По прекращении протекания этогп тока вентили И вЂ” 18 узла компенсации закрываются.

Таким образом, за время периода выходного напряжения .по одному разу работают все шесть вентилей в очередности И, 1/, 1б, 14, 18 и 15, которая повторяется от периода к периоду, и построение схемы управления для узла компенсации не вызывает затруднений.

При низких cosсг„ одновременно отдают энергию две фазы, причем возникающие э.д.с. в компенсирующих обмотках трансформатора могут иметь такое направление, ч.о при одноф временном включении обмоток двух фаз на третью (фиг. 1) создаются короткозамкнутые контуры, или необходима установка дополнительного комплекта (шести) управляемых вен5 тилей.

Схема преобразователя с шестьк управляемыми вентилями (фиг. 2) может работать как при высоких, так и низких коэффициентах мощности. При помощи гальванически развяjQ занных друг с другом контуров, реактивная энергия одной фазы может отдаваться в одну из других фаз многофазной нагрузки 85, причем одновременно могут отдавать энергию две фазы. Например, при переключении в момент д5:времени,to от наведенной в обмотке 80 фазы А э.д.с. (положительный полюс в начале обмотки) .при открывшемся вентиле 15 ток протекает через обмотку 81 в направления, противоположном направлению напряжения фазы В (фиг. 3), и реактивная энергия фазы А передается в фазу В. Затем в момент времени t> происходит переключение напряжения в фазе

С, ток от возникающей в обмотке 84 э.д,с. (положительный полюс на конце обмотки 84) при открывшемся вентиле 18 протекает через обмотку 29 фазы А, и так как вентиль 15, открывшийся в момент времени to, еще не закрыт, то энергия фазы С также в промежуток времени tq — t3 передается в фазу В. В момент р t3 вентиль 15 закрывается, и реактивная энергия фазы С передается в фазу А.

При следующем переключении в фазе В аналогично осуществляется переда а накопленной в нагрузке этой фазы реактивной энерч5 гии в фазу А. Такии образом, при помощи приведенного на фиг. 2 узла компенсации осуществляется компенсация реактивной энергии нагрузки 85 при любых значениях cos с „. При этом в схеме возможны отклонения формы то4р ков и напряжений от приведенных на фиг. 3, однако они не сказываются на принципе работы преобразователя. Узел компенсации может работать также при любой форме напряжения на выходе преобразователя — синусоидаль45 ной, ступенчатой, при работе инвертора (вентили 7 — 12) в режиме широтно импульсной модуляции и т. д.

В предлагаемом преобразователе отсутствуют циркуляция реактивной энергии через все его звенья и дополнительные потеря в них, Он обладает высоким к.п.д. Кроме того, в преобразователе легко производится согласование напряжений вентилей И вЂ” 18 узла компенсации с напряжением нагрузки 85 я преобразо55 вателя (в качестве этих вентилей можно использовать как тиристоры, так и транзисторы) и отсутствует гальваническая связь между нагрузкой 85 и переключающими элементами, Предмет изобретения

1. Преобразователь частоты со звеном постоянного тока, содержащий силовые и вспомогательные .вентили для компенсирования реактивной энергии и выходной трехфазный

65 трансформатор с первичными и втсричными

261548

29 ° обмотками, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона . ; повышения к.п.д., трансформатор снабж.н дополнительными фазными обмотками, подклгбченными к группам из двух встречно-параллельно соединенных вспомогательных вентилей.

2. Преобразователь частоты по . 1, отличающийся тем, что дополнительньц фазные обмотки соединены в звезду.

3. Преобразователь частоты пз и. 1, отли чающийся тем, что каждая фазная дополни тельная обмотка выполнена из двух секций, причем каждая секция одной фазиой дополни5 тельной обмотки соединена последовательно ." секцией другой фазной дополнительной обмотки, образуя три группы из секций фазных дополнительных обмоток.