Способ умножения частоты многофазного переменного напряжения

 

Союз Советскии

Социалистичесиик республик

ОП ИКАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<»>875560 (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву— (22)Заявлено 12.02.79 {21) 2722789/24-07 с присоединением заявки Ж

{23) Приоритет (51}М. Кл.

Н 02 М 5/27

3Ьауднрствсиный комитет

CCCP

ОпУбликовано 23.10.81 ° Бюллетень т ® 39

Дата опубликования описания 23 . 1 0 .8 I .. пв двлни изобретеиий и открытий (53} УДК621.314. .27(088.8) {72) Авторы изобретения

Б.П.Соустин, А.В.Казанцев и В.И.Иванчура (7l) Заявитель

Красноярский политехнический институт (54) СПОСОБ УМНОЖЕНИЯ ЧАСТОТЫ ИНОГОФАЗНОГО

ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электроо технике и предназначено для преобразования электрической энергии одной частоты в другую, более высокую..

Известны способы умножения частоты многофазного переменного напряжения путем циклического подключения фаз питающего напряжения к нагрузке.

Попеременное образование цепей протекания тока нагрузки происходит при помощи тиристорных мостов с естественной коммутацией $1) и $2).

Недостатком этого способа является существенно ограниченный верхний предел выходной частоты, так как время переключения тока одного направления на другое определяетсявременем спадания входного фазного напряжения от максимального значения до нуля.

Наиболее близким к изобретенито по технической сущности является спо" соб, согласно которому нагрузку циклически подключают к таким двум фазам многофазной системы, напряже-! ние между которыми в момент подключения увеличивают на две другие фазы, напряжение между которыми в момент подключения убывает (3).

Недостатком известного способа являются низкие энергетические показатели реализующих его устройств, что обусловлено плохой формой выходного напряжения н недостаточно полта ным использованием максимального значения .напряжения питающей сети.

Цель изобретения — улучшение энергетических показателей реализующей .способ аппаратуры.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу умножения частоты многофазного переменного напряжения, заключающемуся в циклическом

20. подключении фаз питающего напряжения к нагрузке посредством тиристоров с естественной коммутацией, переключение тока в каждой фазе нагрузки с одного направления на другое осущест8755бО вляют включением нагрузки на сумму напряжений одной из фаз питающего и дополнительного введенного напряжения, опережающего питающее на угол в тот момент времени, когда а фазное 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 формирования иэ двенадцатифазной симметричной системы переменных напряжений (01 -0 ) с частотой Г4 одной фазы выходного напряжения 0 с частотой на фиг. 5 — временные диаграммы напряжений и законов управления тириt0

35 сторами.

Устройство содержит: трансформаторы 1-12 с основными 13-24 и дополнительными 25-32 вторичными обмотками; диоды 33-40, включенные между одним зажимом 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 трансформаторов не приведено. Они могут быть соединены любым способом, Дополнительно введенное напряжение позволяет уменьшить время переключения тока .нагрузки с одного направления на другое и за счет этого увеличить частоту выходного напряжения. Чем больше амплитуда дополнительного напряжения, тем меньше время переключения тока нагрузки, так как

40 быстрее происходит спадание до нуля суммы питающего и дополнительного напряжений, подключенных на время переключения к нагрузке. Естественная коммутация возможна раньше выбранного момента включения нагрузки на сумму напряжений однако в этом случае ухудшается гармонический состав выходного напряжения.

Пусть до момента времени t (фиг.2)

Л к нагрузке приложено налряжение 0л, В момент времени t начинают переклюЛ чение тока нагрузки с положительного направления на отрицательное путем включения нагрузки на сумму напряже- 55 ний 02, U и 0,.2. В этот момент вре40 мени напряжение U имеет максимальное значение, а дополнительное напряжение равное сумме напряжений десятой и двенадцатой фаэ равно нулю, Если нагрузка активная, в момент времени

t ток нагрузки переходит через нуль и нагрузку включают на напряжение

U, а в момент времени t+ — на напряжение ОЛ . В момент времени tg начинают переключение тока нагрузки с отрицательного направления на положительное включением нагрузки на сумму напряжений 0Л, U7 и 09. На интервале времени t2 -t 5 происходит формирование отрицательной полуволны выходного напряжения 0, на интервале - -t6 — положительный. Таким образом формируют выходное напряжение одной фазы с частотой f =2f . 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 и и нагрузки включается на напряжение 0„ . Г1омент времени 1 определяется коэффициентом

4 мощности нагрузки (cos 9) .

Верхний предел выходной частоты во всем диапазоне изменения cos

f max=1/1I Т

Для дополнительного напряжения, получаемого от двух фаз m-фазного питающего напряжения fgynox=f1

При использовании большего чи .ла ФаЗ для получения дополнительного напряжения и воэможности повышения верхнего предела частоты увеличиваются. Например, используя напряжение трех фаз (фиг. 4), в момент времени й1 нагрузку включают на сумму напряжении 0, 040, 0ЛЛ и 012 . В этом слууае f l„qx f4 -Х LYLY

Устройство работает следующим образом. !

В момент времени t (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

0 ), дополнительных обмоток 31 фазы трансформатора 10 (напряжение О,,л), и 32 фазы трансформатора 12 (напряжейие Ц 5) . Ток нагрузки начинает лро75560 6

15

30

50

5 8 текать под действием напряжения 0 1 через тиристор 45. При активной нагрузке в момент времени t< тиристор

45 выключается и включается диод 38, так как у него наибольшее напряжение на аноде. Нагрузка подключается к фазе трансформатора 9. В момент времени t происходит естественная коммутация тока с диода 38 на диод 39 и подключение нагрузки в фазе трансформатора 10. В момент времени включают тиристор 44 и к нагрузке дополнительно прикладывается сумма .напряжений основной обмотки трансформатора 11 дополнительных 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 t тиристор 44 выключается и включается оче- . редной диод 36, затем 37 и т.д. Импульсы управпения (U -U } тиристорами 42-45 показаны на фйг. 5.

Если в момент времени t4 (фиг.5) произвести коммутацию тока нагрузки только на фазу трансформатора 2, он при активной нагрузке станет равным нулю .в момент времени t (момент перехода напряжения 132 через нуль).

Если в момент времени t4 к напря-. жению 02 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 напря,,жения U+, Ц +1ф, и Цо+Ь,,„+11„2 (фиг. 2 в момент времени t ) . Если на сер-

Л дечниках этих фаз намотать дополнительные обмотки с любым коэффициентом трансформации (в частном случае К =11, использовать напряжение обмотки фазы .2, можно получить при различных времени переключения тока нагрузки с положительного направления на отрицательное, меньгих .й "g (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 выходного 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 «Cf,g» " / Т.

Если использовать вместо двух или трех дополнительных обмоток с К =I одну (11 фазы ) с коэффициентом трансформации, соответственно равным ),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 cos 9 с выходной частотой, выше частоты сети и имеющей одно или несколько постоянных значений изменяющихся дискретно.

Используя преобразователь числа фаз трехфазное напряжение может быть преобразовано.в выходное напряжение повышенной частоты с необходимым числом фаз. Кроме того, при постоянном заданном cos9 могут быть получены оптимальные соотношения числа фаз и количества дополнительных обмоток, обеспечивающие минимумы коэффициента нелинейных искажений в выходном, близком к трапецеидальному, 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, 83X, коэффициент использованйя по напряжению, определяемый отношением амплитуды первой гармоники и максимальному значению кривой, равен K„ =0,677. Для кривой фиг. 2 эти коэффициенты равны К,.=16,27% и

К =1,1. Кроме того, в зависимости иСк от требований, предъявляемых к устройству, можно понизить Кг до 8-10Х

875560.либО повысить (IIPH Высоком cos т )

К 11до >,2, что невозможно осуществить по известному способу.

Устройство, реализующее предлага5 емый способ, превосходит известные умножители по КПД, на 3-10Х и имеет массу, в 2,5-3 раза меньшую. По сравнению с серийно выпускаемыми тиристорными преобразователями частоты серии П4С устррйство, реализующее предлагаемый способ обеспечивает выигрыш по массе в 1,2-1,5 раза и отсутствие искусственной коммутации.

Формула изобретения

Способ умножения частоты многофаэ2О ного переменного напряжения, заключающийся.в циклическом подключении фаз питающего напряжения к нагрузке посредством тиристоров с естественной коммутацией, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью улучшения энергетических показателей реализующей его аппаратуры, переключение тока в каждой фазе нагрузки с одного направления на другое осуществляют включением нагрузки на сумму напряжений одной из фаз питающего и дополнительного введенного напряжения, опережающего питающее на угол 9 = Щ2, в тот момент времени, когда фазное питающее напряжение;имеет максимальное значение, а дополнительное напряжение равно нулю.

Источники информации, принятые Во внимание при экспертизе

1. Патент СИА ¹- 3803478, кл. Н 02 N 5/16 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 296200, кл. Н 02 М 5/10, 1969.

Э. Авторское свидетельство СССР № 278847, кл. H 02 И 5/28, 1968.

875560

Составитель Г.Иыцык

Редактор А.Шандор Техред M,Ðåéâåñ Еорректор А.Ференц

Заказ 9374/83 Тираж 733 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4