RU2006159C1 - Three-phase network frequency multiplier - Google Patents

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: multiplier has rectifiers connected through thyristors to primary windings of summing unit. Gate circuits of thyristors are connected to taps of resistive voltage dividers. EFFECT: improved frequency and operating speed. 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано на энергосетях и установках. The invention relates to electrical engineering and can be used on power networks and installations.

Известны вентильно-трансформаторные преобразователи переменного напряжения [1] . Known valve transformer AC voltage converters [1].

Прототипом изобретения является множитель частоты с многофазным входом, содержащий выпрямители и пороговый и суммирующий узлы [2] . A prototype of the invention is a frequency multiplier with a multiphase input, containing rectifiers and threshold and summing nodes [2].

Недостатками прототипа являются сложность и высокая стоимость устройства и недостаточные надежность и КПД. The disadvantages of the prototype are the complexity and high cost of the device and insufficient reliability and efficiency.

Целью изобретения является упрощение и удешевление устройства и повышение его надежность и КПД. The aim of the invention is to simplify and reduce the cost of the device and increase its reliability and efficiency.

Цель достигается тем, что в умножителе частоты трехфазной сети, содержащем фазные или (и) линейные выпрямители, входы которых соединены с входными выводами умножителя частоты, а выходы через пороговые узлы соединены с входами суммирующего узла, выход которого соединен с выходными выводами умножителя частоты, суммирующий узел выполнен в виде одно- или двухфазной электромагнитной системы с сердечником и первичными обмотками, состоящими из нескольких ветвей в каждой фазе, а пороговые узлы выполнены в виде резистивных делителей напряжения, подключенных к выходам выпрямителей и соединенных отводом с управляющим электродом вентиля, через который выход выпрямителя соединен с соответствующей ветвью первичной обмотки суммирующего узла. The goal is achieved in that in a frequency multiplier of a three-phase network containing phase or (and) linear rectifiers, the inputs of which are connected to the input terminals of the frequency multiplier, and the outputs through threshold nodes are connected to the inputs of the summing node, the output of which is connected to the output terminals of the frequency multiplier, the node is made in the form of a single or two-phase electromagnetic system with a core and primary windings consisting of several branches in each phase, and the threshold nodes are made in the form of resistive voltage dividers, connected to the outputs of the rectifiers and connected by a tap to the control electrode of the valve, through which the output of the rectifier is connected to the corresponding branch of the primary winding of the summing unit.

Для повышения КПД и стабильность работы умножителя частоты цепь делителя напряжения может быть включен конденсатор. To increase the efficiency and stability of the frequency multiplier, a capacitor can be included in the voltage divider circuit.

На фиг. 1 приведена электрическая схема трехкратного умножителя частоты трехфазной сети, у которого в качестве суммирующего узла использован двухфазный электродвигатель (синхронный или асинхронный); на фиг. 2 - схема шестикратного умножителя частоты, использующего в качестве суммирующего узла однофазный трансформатор. In FIG. 1 shows the electric circuit of a three-fold frequency multiplier of a three-phase network, in which a two-phase electric motor (synchronous or asynchronous) is used as a summing unit; in FIG. 2 is a diagram of a six-fold frequency multiplier using a single-phase transformer as a summing unit.

Параллельные ветви 1 и 2 (см. фиг. 1) составляют обмотку одной фазы суммирующего узла умножителя частоты, а ветви 3, соединенные треугольником, составляют обмотку второй его фазы. Сердечником суммирующего узла является сердечник 4 статора электрической машины переменного тока. Parallel branches 1 and 2 (see Fig. 1) make up the winding of one phase of the summing node of the frequency multiplier, and branches 3 connected by a triangle make up the winding of its second phase. The core of the summing unit is the core 4 of the stator of an AC electric machine.

Разноименные концы ветвей 1 и 2 подключены к анодам соответствующих тиристоров 5 и 6, управляющие электроды которых соединены с отводами делителей напряжения, собранных на резисторах 7 и 8 и конденсаторе 9. Резистор 8 соединен с катодом тиристора. Другие разноименные концы ветвей 1 и 2 подключены соответственные к катодам диодов 10 и 11. Последний соединен с нулевым проводом питающей сети АВС, а диоды 10 - с фазами этой сети. Катод тиристора 5 соединен с нулевым проводом через диод 12, а катод тиристора 6 соединен с фазами сети через диоды 13. Концы ветвей 3 второй фазы электрической машины через катоды диодов 14 попарно с анодами тиристоров 15-17 соединены с фазами сети. Управляющие электроды этих тиристоров соединены с делителями напряжений на резисторах 7 и 8 и конденсаторе 9. Резистор 8 соединен с катодом тиристора. Ветви 3 обмотки рассчитаны на питание линейным напряжением сети АС, а ветви 1 и 2 - на питание фазным напряжением (для фиг. 2 - наоборот). The opposite ends of branches 1 and 2 are connected to the anodes of the corresponding thyristors 5 and 6, the control electrodes of which are connected to the taps of the voltage dividers assembled on the resistors 7 and 8 and the capacitor 9. The resistor 8 is connected to the cathode of the thyristor. Other opposite ends of branches 1 and 2 are connected respectively to the cathodes of diodes 10 and 11. The latter is connected to the neutral wire of the ABC supply network, and diodes 10 to the phases of this network. The cathode of the thyristor 5 is connected to the neutral wire through the diode 12, and the cathode of the thyristor 6 is connected to the phases of the network through the diodes 13. The ends of the branches 3 of the second phase of the electric machine through the cathodes of the diodes 14 are paired with the anodes of the thyristors 15-17 connected to the phases of the network. The control electrodes of these thyristors are connected to voltage dividers on resistors 7 and 8 and capacitor 9. Resistor 8 is connected to the cathode of the thyristor. The branches 3 of the winding are designed to be powered by the linear voltage of the AC network, and the branches 1 and 2 are designed to be powered by the phase voltage (vice versa for Fig. 2).

При использовании сердечника 18 трансформатора вместо сердечника 4 статора электрической машины (по аналогии с фиг. 2) вторичной цепью умножителя частоты будет являться обмотка 19 трансформатора. На фиг. 2 ветви 1 и 3 составляют обмотку одной фазы суммирующего узла, а на диодах 20 собраны фазные мостовые выпрямители. В устройствах малой и средней мощности в качестве управляемых вентилей могут применяться транзисторы. When using the core 18 of the transformer instead of the core 4 of the stator of an electric machine (similar to FIG. 2), the secondary circuit of the frequency multiplier will be the transformer winding 19. In FIG. 2 branches 1 and 3 make up the winding of one phase of the summing unit, and phase diode rectifiers are assembled on diodes 20. In devices of low and medium power, transistors can be used as controlled valves.

Работает множитель частоты следующим образом. The frequency multiplier works as follows.

При включении питающей сети АВС переменная составляющая трехфазного однополупериодного выпрямленного напряжения (см. фиг. 1) с диодов 10 через конденсатор 9 поступает на делитель на резисторах 7 и 8. Коэффициент деления напряжения подобран так, что при значении фазного напряжения, приближающегося к 0,7-0,8 амплитудного, тиристор 5 открывается, пропуская ток через ветвь 1 обмотки. В другой полупериод фазных напряжений в аналогичной ситуации токами диодов 13 открывается тиристор 6. В этот момент нарастающий ток в ветви 2 обмотки индуцирует ЭДС ветви 1, направленную навстречу приложенному ранее напряжению к этой ветви, в результате чего тиристор 5 обесточивается. По аналогии, в момент открывания тиристора 5 обесточивается тиристор 6. Направление токов в ветвях 1 и 2 встречное, что создает в сердечнике 4 (или 18) переменный магнитный поток с частотой, в три раза превосходящей частоту питающей сети. Во второй фазе статора машины протекают процессы, аналогичные описанным, но сдвинутые во времени вследствие того, что поочередное открывание тиристоров 15-17 привязано к амплитуде линейного, а не фазного напряжения сети. Благодаря этому в сердечнике 4 статора электродвигателя образуется вращающийся магнитный поток, увлекающий за собой ротор. Напряжение на двигателе (трансформаторе) может pегулироваться с помощью резисторов 7 и 8. When the ABC mains is turned on, the alternating component of the three-phase half-wave rectified voltage (see Fig. 1) from the diodes 10 through the capacitor 9 enters the divider on the resistors 7 and 8. The voltage division coefficient is selected so that when the phase voltage value approaches 0.7 -0.8 amplitude, thyristor 5 opens, passing current through branch 1 of the winding. In another half-period of phase voltages, in a similar situation, the currents of the diodes 13 open the thyristor 6. At this moment, the increasing current in the branch 2 of the winding induces an EMF of the branch 1, directed towards the previously applied voltage to this branch, as a result of which the thyristor 5 is de-energized. By analogy, when thyristor 5 is opened, thyristor 6 is de-energized. The direction of currents in branches 1 and 2 is opposite, which creates an alternating magnetic flux in core 4 (or 18) with a frequency three times higher than the frequency of the supply network. In the second phase of the stator of the machine, processes similar to those described, but shifted in time due to the fact that the alternate opening of thyristors 15-17 are tied to the amplitude of the linear, and not the phase voltage of the network. Due to this, a rotating magnetic flux is formed in the core 4 of the stator of the electric motor, entraining the rotor. The voltage on the motor (transformer) can be regulated using resistors 7 and 8.

В сердечнике 18 магнитный поток одного направления образуется в ветви 1, частота которого определяется двухполупериодным трехфазным мостовым выпрямителем линейного напряжения на диодах 10 и 13. Поток такой же частоты, но противоположного направления протекает поочередно по ветвям 3 от двухполупериодных мостовых выпрямителей фазного напряжения на диодах 20. Здесь тиристор 5 обесточивается в момент открывания одного из тиристоров 15-17, и наоборот, эти тиристоры обесточиваются в момент открывания тиристора 5. Частота ЭДС, индуцируемой во вторичной обмотке 19, в шесть раз превосходит частоту питающей сети. In the core 18, a magnetic flux of one direction is formed in branch 1, the frequency of which is determined by a half-wave three-phase bridge rectifier of linear voltage on diodes 10 and 13. A stream of the same frequency, but of the opposite direction, flows alternately along branches 3 from half-wave bridge rectifiers of phase voltage on the diodes 20. Here, the thyristor 5 is de-energized at the moment of opening one of the thyristors 15-17, and vice versa, these thyristors are de-energized at the moment of opening of the thyristor 5. The frequency of the emf induced in the secondary winding 19, six times the frequency of the mains.

Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в простоте, дешевизне и высоких КПД и надежности умножителя частоты, могущего найти широкое применение в устройствах электропривода и формирования автономной сети повышенной частоты. (56) Бушуев В. М. Электропитание устройств связи. - М. : Радио и связь, 1986, с. 55, 56. The technical and economic efficiency of the invention lies in the simplicity, low cost and high efficiency and reliability of the frequency multiplier, which can be widely used in electric drive devices and the formation of an autonomous high-frequency network. (56) Bushuev V.M. Power supply of communication devices. - M.: Radio and communications, 1986, p. 55, 56.

Авторское свидетельство СССР N 500569, кл. Н 02 М 5/16, 1974.  USSR author's certificate N 500569, cl. H 02 M 5/16, 1974.

Claims (2)

1. УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ, содержащий фазные и линейные выпрямители, входы которых соединены с входными выводами умножителя частоты, а выходы через пороговые узлы соединены с входами суммирующего узла, выход которого соединен с выходными выводами умножителя частоты, отличающийся тем, что суммирующий узел выполнен в виде одно- или двухфазной электромагнитной системы с сердечником и первичными обмотками, состоящими из нескольких ветвей в каждой фазе, а пороговые узлы - в виде резистивных делителей напряжения, подключенных к выходам выпрямителей и соединенных отводом с управляющим электродом своего вентиля, через который выход выпрямителя соединен с соответствующей ветвью первичной обмотки суммирующего узла. 1. A three-phase network frequency multiplier, comprising phase and linear rectifiers, the inputs of which are connected to the input terminals of the frequency multiplier, and the outputs through threshold nodes are connected to the inputs of the summing node, the output of which is connected to the output terminals of the frequency multiplier, characterized in that the summing node is made in in the form of a single or two-phase electromagnetic system with a core and primary windings consisting of several branches in each phase, and threshold nodes - in the form of resistive voltage dividers connected to odes tap rectifier and connected to the control electrode of its valve through which the rectifier output is connected to the corresponding branch of the primary winding of the summing node. 2. Умножитель частоты по п. 1, отличающийся тем, что в цепь делителя напряжения включен конденсатор.  2. The frequency multiplier according to claim 1, characterized in that a capacitor is included in the voltage divider circuit.

Images