SU803088A1 - Вентильный преобразователь час-ТОТы C НЕпОСРЕдСТВЕННОй СВ зью - Google Patents

Description

(54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ С НЕПОСРЕДСТВЕ - НОП СВЯЗЬЮ

1

Изобретение относитс  к статическим преобразовател м частоты переменного тока и может исно.чьзоватьс  в электротехнически .х преобразовательных установках п системах электропривода.

Известны вентильные преобразователи частот1,г с непосредственной св зью и естественной коммутацией вентилей (пиклоконверторы ), в которых одна полуволна выходного напр жени  формируетс  выпр мление .м, а втора  полуволна - инвертированием многофазного преобраз емого напр жени  путем поочередной коммутапии различных групп вентилей 1 и 2. Такие преобразователи экономичны и имеют сравнительно небольшую установленную мощность силовой аппаратуры, но им присущи следующие педостатки:

низка  выходна  частота, практпчески не превын1аюн 1а  половины преобразуемой частоты, п трудности ее регулировани  без ухудшени  формы кривой выходного напр жени ;

сложность управлени , особенно при так называемом раздельном управлении группами вептилей;

значигельные искажени  формы кривой вь;холеного напр жени .

Дл  устрар(ени  указанных недостатков приходитс  усложн ть как силовые, так и упразл юп:ие схемы. Например, дл  повыiiiCiiiiH частоты выходного нанр жени  приходитс  значительно увеличивать число фаз или вводить элементы принудительной коммутапии вентилей или вводить резонансные контуры, т. е. усложн ть силовую схему. Дл  улучп ени  фор.мы кривой выходного напр жени  приходитс  усложн ть схемы управлени , в частности управл ть преобразователем по принципу замкнутых след п1их систем .

Claims (3)

1. Известен также вентильный преобразователь чаетоты с непосредственной св зью, содержапшй включенп1 1е в .каждую фазу многофазного источника напр жени  трансформаторы с расположенными на них первичными обмотками, подключенными к фазам источника, вторичными, соединенными последовательно , и обмотками управлени  и управл е ч-,;о вочтили, каждый из которых включен пара.-1,1слыю соответствующей обмотке управлепн  3. Недостатками данного преобразовател   вл ютс : низка  частота выходного напр жени , значительно меньша  частоты питающего напр жени , так как кажда  полуволна выходного напр жени  складываетс  из полуволн фазных напр жений питани ; сложность силовой и управл ющей схем; искажени  формы кривой выходного напр жени , состо щей из отрезков синусоиды питающего напр жени ; возможность только однофазного выхода , что ограничивает возможности применени . Целью изобретени   вл ютс  увеличение диапазона регулировани  частоты и упрощение устройства. Эта цель достигаетс  тем, что в вентильном преобразователе частоты с непосредственной св зью, содержащем включенные в каждую фазу многофазного источника напр жени  трансформаторы с расположенными на них первичными обмотками, подключенными к фазам источника, вторичными , соединенными последовательно, и обмотками управлени , и управл емые вентили , каждый из которых включен параллельно соответствующей обмотке управлени , управл ющие электроды всех вентилей объединены . На фиг. 1 изображена схема предлагаемого преобразовател ; на фиг. 2 - токи цепей; на фиг. 3 - магнитные потоки трансформаторов схемы фиг. 1; на фиг. 4 и 5 - схемы предлагаемого преобразовател  (различные варианты). Преобразователь (фиг. 1) содержит восемь идентичных управл емых трансформаторов , подключенных к восьмифазному источнику с нулевым проводом (обозначен «О) питающего синусоидального напр жени  угловой частоты. Первична  обмотка 1 каждого трансформатора подключена последовательно с нагрузкой 2 к одной фазе питающего напр жени . Вторичные обмотки 3 всех трансформаторов соединены последовательно , образу  выходную обмотку Н-Н преобразовател . Каждый трансформатор содержит также обмотку 4 управлени , замкнутую управл емым вентиле.м (тиристором) 5. Цепи обмоток управлени  могут быть соединены (фиг. 1) или быть гальванически не св занными. Управл ющие электроды всех вентилей 5 объединены и к общим точкам айв подключен источник управл ющих импульсов. Сопротивлени  нагрузок 2 много меньще индуктивных сопротивле ий обмоток 1, если сердечники трансформаторов не насыщены, и много больще их, если сердечники насыщены. Кривые намагничивани  сердечников близки к пр моугольным При наличии между клеммами айв посто нного напр жени , достаточного дт  отпирани  тиристоров, происходит самонасыщение всех трансфор.маторов. При этом падение напр жени  на их обмотках незначительно и по нагрузкам 2 восьми трансформаторов текут синусоидальные токи i, показанные на фиг. 2 тонкими синусоидальными лини ми. При отсутствии управл ющего сигнала на клеммах айв все тиристоры заперты, практически все напр жение источника приложено к обмоткам 1, и по нагрузкам 2 текут незначительные токи намагничивани , а магнитные потоки Ф восьми трансформаторов измен ютс  синусоидально , как показано на фиг. 3 тонкими синусоидальными лини ми. Максимальный магнитный поток Ф ненасыщенного трансформатора выбираетс  лищь немногим меньще потока насыщени  (см. фиг. 3). Рассмотрим работу восьми трансфор.маторно-вентильных цепей, когда управл ющий сигнал подаетс  одновременно на управл ющие электроды тиристоров в интервале от ш1 Out / 7. Интервал, в течение которого подаетс  управл ющий сигнал, дл  нагл дности показан в нижней части (фиг. 3) пр моугольником со светлыми кружочками. Момент It/ подачи управл ющего сигнала дл  тиристора первой цепи попадает в тот полупериод, когда тиристор может проводить . Так как падение напр жени  на провод щем тиристоре и активном сопротивлении обмотки 4 незначительно, то после включени  тиристора в момент л магнитный поток практически перестает измен тьс  (фиг. 3, щтрих-пунктирной линией). Неизменное значение потока сохран етс  до конца полупериода tut гГ , когда анодное напр жение тиристора измен ет знак и он перестает проводить . С этого момента магнитный поток возрастает, при (и t (j Ч- л) 19- достигает значени  насыщени  Фу и перестает измен тьс  до конца периода uj t 2. Затем поток уменьщаетс , к моменту а, достигает первоначального значени , и процесс повтор етс . В течение двух интервалов 3j u) t jr и 19 u) t , когда магнитный поток не измен етс  и падение напр жени  на обмотке 1 незначительно, по нагрузке 2 первой цепи течет ток (фиг. 2, щтрих-пунктирной линией). Магнитный поток второго трансформатора , (фиг. 3, точечной линией), в момент л- равен потоку насыщени  Фf. Второй тиристор может включитьс  лищь в момент W t , когда его анодное напр жение станет положительным. С этого момента поток может изменитьс  лищь на очень малую величину , например от с до Ф , соответствующую падению напр жени  на провод щем тиристоре и активном сопротивлении обмотки 4, т. е. остаетс  практически неизменным до момента ю t JJT, когда анодное напр жение на тиристоре измен ет знак и он перестает проводить. Сердечник трансформатора оп ть насыщаетс , и процесс поз тор етс . Так как в течение всего периода магнитный поток второго трансформатора практически не измен етс  и индуктивность его первичной обмотки незначительна, по нагрузке 2 второй цепи течет непрерывный синусоидальный ток (точечной линией на фиг. 2). В третьей, четвертой и п той цеп х тиристоры не успевают включитьс  за врем  подачи управл ющего сигнала (их анодное напр жение отрицательно). Поэтому магнитные потоки третьего, четвертого и п того трансформаторов измен ютс  синусоидально , а токи в соответствующих нагрузках 2 отсутствуют. Магнитный поток щестого трансформатора показан на фиг. 3 линией «два тире - точка (.). Так как тиристор включаетс  в самом конце своего провод щего полупериода, магнитнр й поток щестого трансфор.матора не измен етс  и по его нагрузке 2 течет ток лишь короткий интервал 3- ш1. Второй такой же интервал, когда сердечник насыщен, отстоит от первого на с , т. е. интервал . Магнитный поток седьмого трансформатора показан на фиг. 3 мелкопунктирной линией. От момента л. он не измен етс  до момента ш t изменени  знака напр жени  и далее возрастает. Приед (fi+д.) IS сердечник насыщаетс , поток остаетс  неизменным до конца полупериода t 3 -, после чего уменьщаетс , и процесс повтор етс . Ток по нагрузке 2 седьмой цепи течет два интервала, когда поток не измен етс , а именно 3 и 19 со t О (фиг. 2, мелкопунктирной линией ). Процесс в восьмой цепи протекает аналогично - пунктирные линии на фиг. 2 и 3; магнитный поток не измен етс  и- понагрузке 2 восьмой цепи течет ток в интервалах ш t 3 и 19 и t 7 , Сумма магнитных потоков всех трансфор маторов - потокосцепление обмотки Н-Н, определ ющее напр жение на ее зажимах (фиг. 3, кривой 6, сплошна  лини  со светлыми кружочками. Потокосцепление содержит посто нную составл ющую, обусловленную наличием вентилей, и переменную составл ющую. Если длительность управл ющего сигнала увеличить, напри.мер до интервала (фиг. 3, внизу пр моугольНИКОМ с зачерненными кружочками), то работы всех цепей, кроме трегьей, не изменитс . Третий тиристор с.может включитьс  в начале полупериода своей проводимости 4О t , поэтому магнитный поток третьего трансформатора, как и второго, практически измен тьс  не будет, а по его первичной обмотке будет течь синусоидальный ток. Потокосцепление обмотки Н-Н в этом случае изображаетс  кривой 7 (сплощна  лини  с черными кружочками). Если длительность управл ющего сигнала увеличить до интервала 3 u)t 7у (фиг. 3, внизу пр моугольником с крестиками ), то будет успевать включатьс  и четвертый тиристор, а магнитный поток четвертого трансформатора также перестанет измен тьс . Соответствующа  крива  потокосцеплени  обмотки Н-Н - лини  8 с крестиками. Из сопоставлени  кривых б, 7 и 8 видно , что длительность управл ющего импульса , равна  примерно четверти периода,  вл етс  оптимальной, так как переменна  составл юща  потокосцеплени  выходной обмотки имеет при этом наилучщую форму и наибольшее отношение к посто нной составл ющей . Как видно из кривых 6-8, переменна  составл юща  потокосцеплени  выходной обмотки имеет минимум в мо.мент подачи управл ющего сигнала и максиму.м, отсто щий на ji . Следовательно, измен   момент подачи сигнала внутри периода, можно плавно измен ть фазу напр жени  на зажи.мах Н-Н. Таким образо.м, преобразователь (фиг. 1) может работать фазовращателем, обеспечива  плавное регулирование фазы напр жени  на зажимах Н-Н в пределах 360. Если мо.мент подачи управл ющего сигнала из.мен ет свое положение от периода к периоду частоты питани , т. е. если частота сигнала не равна частоте питани , то частота напр жени  на зажимах Н-Н равна частоте сигнала. Так как частота выходного напр жени  равна частоте сигнала, а мощность в нагрузку поступает от источника питани , преобразователь  вл етс  усилителе .м мощности. Ток в нулевом проводе - сумма токов первичных обмоток трансформаторов - изоб ражен на фиг. 2 кривой 9 дл  длительности управл ющего сигнала З u) t 7 и кривой 10 дл  длительности сигнала 3 . Частота и фаза основной гармоники этого тока определ ютс  моментами подачи управл ющего сигнала, поэтому нагрузка может быть включена и в нулевой провод. В качестве нагрузок 2 удобно использовать многофазные обмотки электрических мащин, например асинхронных двигателей. При питании фазных обмоток машины токами i (фиг. 2) результирующа  намагничивающа  сила представл ет собой бегущую волну, положение и скорость которой определ ютс  моментами подачи управл ющего сигнала. Следовательно, преобразователь (фиг. I) позвол ет осуществить частотное регулирование скорости привода переменного тока одни.м сигналом управлени . Таким образом, преобразователь (фиг. 1) может использоватьс  дл  питани  как .многофазной , так и однофазной нагрузки. Работа преобразовател  (фиг. 1) рассмотрена дл  простоты при питании от восьмифазного источника. Очевидно, работа его не изменитс  нри питании от четырехфззного источника, если у половины трансформаторов изменить взаимное направление обмоток 1 и 4. Известно, что в магнитно-вентильном усилителе трансформатор .может быть заменен автотрансформатором, если допустимо про.чождение небольшой посто нной составл ющей тока через последовательно включенную нагрузку. На фиг. 4 показана автотрансформаторна  схема предлагаемого преобразовател , в которой отсутствуют обмотки управлени . Если дл  улучшени  формы кривой выходного напр жени  число фаз схемы должно быть больше числа фаз питаюшего напр жени , то первичные обмотки трансформаторов могут быть соединены последовательно , образу  преобразователь числа фаз. На фиг. 5 показана схема преобразовател , который также содержит восе.мь управл емых трансформаторов, но питаетс  от двухфазного источника. Каждый трансформатор содержит первичные обмотки 11 и 12 Числа витков обмоток 11 распределены но сердечннка.м по синусоидальному закону, а обмоток 12 по косинусоидальному закону . При подключении последовате.чьно соединенных обмоток II к первой фазе Л -.X питаюн1его двухфазного напр жени , а обмоток 12 -- к второй фазе В- -У и при отсутствии сигнала управлени  на клеммах айв, напр жени  вторичных обмоток 3 образуют симметричную восьмифазную систему , т. е. их сумма на выходных зажимах Н - Н равна нулю. При подаче управл юпхего сигнала на клеммы а. в работа схемы . 5 приннипиальпо не отличалс  от работы схемы фиг. 1. Таким образом, данное устройство обеспечивает регулирование частоты как в сторону понижени , так и в сторону повышени  относительно частоты питани , и проше по сравнению с прототино.м, так как содержит ,1И1ль один трансформатор и один вентиль на фазу. Предлагаемое устройство функционально  вл етс  универсальным, так как может обеспечить питание одновременно как однофазной , так и.многофазной нагрузки, может быть выполнено дл  подключени  к источникам питани  с различным числом фаз при сохранении неизменным числа фаз схемы и соответственно формы кривой выходного напр жени . Формула изобретени  Вентильный преобразователь частоты с непосредственной св зью, содержащий вклю ченные в каждую фазу многофазного источника напр жени  трансформаторы е расположенными на них первичными обмотками , подключенными к фазам источника, вторичными , соединенными последовательно, и обмотками управлени , и управл емые .зонтили , каждый из которых включен napa.iлельно соответствуюидей обмотке управлени , отличающийс  тем, что, с иелью увеличени  диапазона регулировани  частоты и унрон1ени , управл юшие электроды всех вентилей обт единены. Источники информаиии, прин тые во вни.мание при экспертизе 1.Патент СШ.4 .№ 3368136, кл. 321-7, 1975.
2. 2.Патент СШ.Л, .Vo 3803478, кл. 321-7, 1975.
3. 3..Хвторское свидетельство СССР но ; а2182446/24-07 . кл. Н 02 .М 5 16,  вке Л9 1975. %7ГJf f f Jf f f 7f 2 Фиг.З 2fr

   Фиг. 5