RU188392U1 - Многофазный делитель частоты - Google Patents
Многофазный делитель частоты Download PDFInfo
- Publication number
- RU188392U1 RU188392U1 RU2019101573U RU2019101573U RU188392U1 RU 188392 U1 RU188392 U1 RU 188392U1 RU 2019101573 U RU2019101573 U RU 2019101573U RU 2019101573 U RU2019101573 U RU 2019101573U RU 188392 U1 RU188392 U1 RU 188392U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- voltage
- frequency
- phases
- output voltage
- Prior art date
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 19
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims abstract description 10
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 5
- 230000027311 M phase Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000003129 oil well Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
- H02M5/02—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
- H02M5/04—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
- H02M5/10—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using transformers
- H02M5/16—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using transformers for conversion of frequency
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Rectifiers (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована для питания нагрузки переменным напряжением пониженной частоты, а также в различных системах автоматики.
Переменный ток пониженной частоты используется в различного рода промышленных процессах (например, для питания рудного производства и систем депарафинизации нефтяных скважин), а также в составе специальных комплексов и систем автоматики. Также понижение частоты необходимо для запуска электропривода на пониженной скорости вращения.
В настоящее время для питания напряжением пониженной частоты используются полупроводниковые преобразователи, в первую очередь это автономные инверторы со звеном постоянного тока. Для повышения качества выходного напряжения в них используется широтно-импульсная модуляция напряжения, а качество выходного напряжения напрямую зависит от частоты коммутации полупроводниковых ключей (транзисторов). Основным из ряда недостатков таких решения является сложность, что требует использования большого количества электронных комплектующих. Это ведет к снижению надежности и повышению себестоимости.
Предлагаемое решение направлено главным образом на существенное упрощение конструкции, избавление от сложных элементов, что позволяет повысить продолжительность непрерывной безаварийной работы, упростить технологию изготовления и снизить себестоимость.
Решение основано на использовании трехфазной питающей обмотки, имеющей неравный фазовый сдвиг между фазами. Две фазы вторичной обмотки имеют сдвиг 180 электрических градусов между собой, и +90 и -90 электрических градусов соответственно относительно третьей фазы, что позволило сформировать полуволны выходного напряжения пониженной частоты с высоким приближением к синусоиде, коммутируемые однофазным мостом для получения чередования полярности полуволн.
Description
Область техники, к которой относится полезная модель. Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована для питания напряжением пониженной частоты, а также в системах автоматики.
Уровень техники. Известен делитель частоты [Патент на полезную модель РФ №110573], содержащий двоичный счетчик из N счетных триггеров, выходы которых являются выходами счетчика и устройства, при этом выход каждого предыдущего счетного триггера подключен к С-входу каждого последующего счетного триггера. С-вход первого счетного триггера подключен к шине тактовой частоты, J- и К-входы всех счетных триггеров подключены к шине логической единицы, причем N-й выход двоичного счетчика подключен через дифференцирующую схему к таймеру, выход которого подключен к С-входу D-триггера, выход которого подключен к индикатору, а S-вход подключен к шине сброса. Второй D-триггер, выход которого подключен к D-входу первого D-триггера, выход дифференцирующей схемы подключен к R-входу второго D-триггера, выход таймера подключен к С-входу второго D-триггера, при этом D-вход второго D-триггера подключен к шине логической единицы.
К недостаткам такого решения можно отнести слабую нагрузочную способность используемых логических элементов, что не позволяет питать промышленную нагрузку большой мощности.
Также из уровня техники известен преобразователь частоты [Патент на полезную модель РФ №103254], содержащий генерирующий узел в виде двух одинаковых согласно последовательно соединенных М-фазных обмоток генератора или трансформатора, где М≥2 - целое число, точки соединения которых образуют выходные выводы преобразователя частоты, два управляемых М-цепевых короткозамыкателя, каждый в виде М-фазного диодного моста с управляемым основным ключом, включенным между выводами его постоянного тока, М выводов переменного тока каждого диодного моста подключены к концам одной из М-фазных обмоток, а также блок ограничения импульсных перенапряжений и блок управления, включающий в себя генератор импульсов прямоугольной формы с парафазными выходами, каждый из которых подключен к управляющему входу одного из основных ключей. Блок ограничения импульсных перенапряжений, выполнен в виде четырех диодов, буферной цепочки из последовательно включенных дополнительного управляемого ключа и накопительного конденсатора, зашунтированного разрядным узлом, компаратора с управляемым уровнем гистерезиса, выходом подключенного к управляющему входу дополнительного ключа, и задатчика уровня ограничения импульсных перенапряжений, выходом подключенного к опорному входу компаратора. Разделительные диоды подключены к соответствующим выводам постоянного тока М-фазных диодных мостов таким образом, что образуют дополнительный выпрямитель, к выводам постоянного тока которого подключены упомянутая буферная цепочка и измерительный вход компаратора.
К недостаткам решения можно отнести большое число элементов схемы, что ведет к усложнению и высокой себестоимости в целом.
Данное техническое решение является наиболее близким по своей технической сущности прототипом.
Раскрытие полезной модели. Переменный ток пониженной частоты используется в различного рода промышленных процессах - например, для питания систем обогрева нефтяных скважин и их депарафинизации, а также подобных им, для исключения электролиза жидких сред. Выделение газов происходит в случае питания постоянным током, в таком случае переменный ток низкой частоты является заменой постоянному току - обеспечивая низкие потери в кабельных линиях, без электролиза рабочей среды, а также без электрохимической коррозии.
Также пониженная частота может применяться в электроприводе механизмов различного назначения. Поскольку номенклатура выпускаемых электродвигателей ограничена, во многих случаях используют частотное регулирование его скорости вращения, причем не только для изменения производительности механизма, но и снижения его скорости вращения.
Существуют специальные комплексы и системы, такие как системы автоматики и управления, для которых требуется задающее напряжение частоты, отличной от частоты питающей сети. В таком случае также может быть использовано предлагаемое решение.
В настоящее время для преобразования частоты используются полупроводниковые преобразователи, в первую очередь это автономные инверторы со звеном постоянного тока. Для повышения качества выходного напряжения в них используется широтно-импульсная модуляция напряжения, а качество выходного напряжения напрямую зависит от частоты коммутации полупроводниковых ключей (транзисторов). Основным из ряда недостатков таких решения является сложность, что требует использования большого количества электронных комплектующих. Это ведет к снижению надежности и повышению себестоимости [1, 2]. Также к недостаткам можно отнести высокую скорость коммутации полупроводниковых ключей, что ведет к низкой электромагнитной совместимости с электрооборудованием, и излучению радиопомех. Кроме того, в процессе коммутации возникают дополнительные тепловые потери в полупроводниковых ключах.
Таким образом, эффективное понижение частоты это актуальная и востребованная задача. Перейдем к описанию заявляемого решения.
Простейшим вариантом многофазной сети переменного тока является трехфазной системы. Она характеризуется тем, что угол между векторами напряжений фаз составляет 120°, что дает полностью симметричную систему напряжений [1]. Любая фаза симметрична относительно двух остальных, при этом существует только одно значение фазового сдвига.
Однако возможно формирование и несимметричной системы трех фаз напряжений. Используемый в предлагаемом решении вариант такой системы напряжений представлен на фигуре 1, где изображена векторная диаграмма трехфазной системы напряжений. Из векторной диаграммы видно, что фазы отличаются между собой и амплитудой, и фазовым сдвигом. Фаза А имеет наибольшую амплитуду напряжения, а фазы В и С сдвинуты относительно нее на угол +90 электрических градусов и -90 электрических градусов соответственно, и находятся в противофазе между собой. Такие значения фазового сдвига необходимы для формирования перехода напряжения через ноль вольт, как это показано на фигуре 2, на которой представлено выходное напряжение трехфазного однополупериодного выпрямителя [2], при питании его системой напряжений как на фигуре 1.
Из фигуры 2 очевидно, что напряжение фазы А обеспечивает размах полуволн пульсирующего напряжения, а меньшие по фазе напряжения фаз В и С формируют фронты пульсаций пониженной частоты. Однако, полярность выходного напряжения при использовании известного из уровня техники однополупериодного трехфазного выпрямителя остается неизменной, причем период питающей сети 20 миллисекунд (при 50 Гц) является периодом для повторения формируемых полуволн, и с использованием пассивных цепей получение полуволн другой полярности невозможно.
На фигуре 3 представлена функциональная схема для предлагаемого решения, из которой очевидно, что для изменения полярности полуволн выходного напряжения применяется коммутатор, который подключает схему к нагрузке и формирует непрерывное чередование полуволн разноименной полярности. В таком случае, напряжение питающих трехфазных обмоток, имеющих описанный выше несимметричный фазовый сдвиг, подключается к комплекту диодов, обеспечивающих получение пульсаций напряжения с пониженной частотой и одной полярностью, далее они образуют переменное напряжение с полуволнами полярности на выходе коммутатора.
В качестве упомянутого коммутатора можно использовать однофазный мост, хорошо известный из уровня техники и учебной литературы [1, 2]. Он должен быть выполнен на полностью управляемых полупроводниковых ключах, для которых возможно не только открытие, но и закрытие в любой произвольный момент времени. Таки ключи выпускаются промышленностью и хорошо известны из литературы [2].
На фигуре 4 представлена принципиальная схема предлагаемого решения. Из нее следует, что две из трех фаз питающей обмотки включены по схеме зигзаг для получения взаимного фазового сдвига, отличного от питающей сети. Такие обмотки хорошо описаны в литературе [3], однако их применение только для двух фаз в трехфазной системе напряжений ранее неизвестно. Формируемые изображенной на фигуре 4 обмоткой напряжения соответствуют векторной диаграмме на фигуре 1, что необходимо для работы предлагаемого решения. Выходы фаз подключены к диодам, имеющим между собой одинаковую полярность включения, и представляющих вместе с питающей обмоткой схему однополупериодного выпрямления напряжения, формируемую относительно нейтрали питающей обмотки. Выходы диодов объединяются, и подключены к первому входу однофазного коммутатора [2], второй вход которого подключен к нейтрали питающей обмотки.
Однофазный коммутатор [2] обеспечивает смену полярности полуволн выходного напряжения, переключая их в моменты перехода напряжения через ноль. Напряжение на выходе однофазного коммутатора представлено на фигуре 5, и имеет вид переменного напряжения пониженной частоты.
Предлагаемое решение направлено на упрощение конструкции, что ведет к снижению себестоимости. Существует принципиальное отличие -предлагаемое решение использует трехфазное напряжение, с несимметрией фазового сдвига и амплитуды напряжения фаз, что ранее не было известно из уровня техники. Упомянутая несимметрия достигается путем включения двух из трех фаз питающей обмотки по схеме зигзаг, что обеспечивает их фазовый сдвиг относительно третьей обмотки.
Заявляемая полезная модель является новым решением, имеющим следующие принципиальные отличия от прототипа:
- используется питающая обмотка, в которой две фазы включены по схеме зигзаг;
- сдвиг между напряжениями фаз, включенных по схеме зигзаг имеет значение 180 электрических градусов;
- сдвиг между напряжениями фаз, включенных по схеме зигзаг, и третьей фазы, имеет значение +90 электрических градусов и -90 электрических градусов соответственно;
- амплитуда напряжения фаз, включенных по схеме зигзаг меньше амплитуды напряжения третьей фазы;
- к выходу комплекта диодов подключен однофазный коммутатор.
Таким образом, вся совокупность существенных признаков решения приводит к новому техническому результату - упрощению конструкции.
Краткое описание чертежей. На фигуре 1 изображена векторная диаграмма предлагаемого делителя частоты. На фигуре 2 изображено выходное напряжение однополупериодного выпрямителя. На фигуре 3 изображена функциональная схема предлагаемого делителя частоты. Здесь 1 - трансформатор, 2 - диоды, 3 - коммутатор, 4 - нагрузка. На фигуре 4 изображена принципиальная схема предлагаемого делителя частоты. На фигуре 5 изображено выходное напряжение предлагаемого делителя частоты.
Список использованной литературы.
1. Фрумкин A.M. Теоретические основы электротехники. - М.: Высшая школа, 1982. - 407 с.
2. Дмитриев Б.Ф., Рябенький В.М., Черевко А.И., Музыка М.М. Судовые полупроводниковые преобразователи: учебник. - Архангельск: Изд-во САФУ, 2015. - 556 с.
3. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов. М.: Альянс, 2013. - 528 с.
Claims (1)
- Преобразователь частоты, содержащий трехфазный трансформатор с первичной и вторичной обмотками и отличающийся тем, что две фазы во вторичной обмотке включены между собой по схеме зигзаг при взаимном фазовом сдвиге 180 электрических градусов, и фазовом сдвиге +90 и -90 электрических градусов относительно третьей обмотки, имеющей большее число витков, все фазы вторичной обмотки включены по схеме звезда, а к их выходам подключено по диоду в одинаковой полярности, выходы диодов объединяются и подключены к первому входу однофазного коммутатора, нейтраль вторичной обмотки подключена ко второму входу однофазного коммутатора, выход упомянутого коммутатора соединяется с нагрузкой.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019101573U RU188392U1 (ru) | 2019-01-21 | 2019-01-21 | Многофазный делитель частоты |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019101573U RU188392U1 (ru) | 2019-01-21 | 2019-01-21 | Многофазный делитель частоты |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU188392U1 true RU188392U1 (ru) | 2019-04-10 |
Family
ID=66087703
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019101573U RU188392U1 (ru) | 2019-01-21 | 2019-01-21 | Многофазный делитель частоты |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU188392U1 (ru) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0119283B2 (ru) * | 1980-12-29 | 1989-04-11 | Nippon Signal Co Ltd | |
SU1539929A1 (ru) * | 1988-06-21 | 1990-01-30 | Днепропетровский Институт Инженеров Железнодорожного Транспорта Им.М.И.Калинина | Ферромагнитный делитель частоты на два |
RU103254U1 (ru) * | 2010-11-26 | 2011-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ(ТУ)") | Преобразователь частоты (варианты) |
-
2019
- 2019-01-21 RU RU2019101573U patent/RU188392U1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0119283B2 (ru) * | 1980-12-29 | 1989-04-11 | Nippon Signal Co Ltd | |
SU1539929A1 (ru) * | 1988-06-21 | 1990-01-30 | Днепропетровский Институт Инженеров Железнодорожного Транспорта Им.М.И.Калинина | Ферромагнитный делитель частоты на два |
RU103254U1 (ru) * | 2010-11-26 | 2011-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ(ТУ)") | Преобразователь частоты (варианты) |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6310787B2 (en) | Multiway power converter | |
US20060197491A1 (en) | Low voltage, two-level, six-pulse induction motor controller driving a medium-to-high voltage, three-or-more-level ac drive inverter bridge | |
US3286155A (en) | Static inverter | |
US4225914A (en) | Frequency converters | |
RU188392U1 (ru) | Многофазный делитель частоты | |
Mykhailenko et al. | A study of electromagnetic processes in the converter with three-zone voltage control | |
AU2018392788B2 (en) | Three-phase AC/AC converter with quasi-sine wave HF series resonant link | |
Pande et al. | Simulation of cycloconverter based three phase induction motor | |
Lipo | Analog computer simulation of a three-phase full-wave controlled rectifier bridge | |
Dutta | Some aspects on 3-phase bridge inverter (180 degree mode) | |
RU2691635C2 (ru) | Способ двухканального преобразования частоты | |
RU187809U1 (ru) | Многофазная система электродвижения судов с коммутатором в нейтрали | |
RU2542749C2 (ru) | Корректор коэффициента мощности | |
RU193360U1 (ru) | Повышающе-понижающий ШИМ выпрямитель | |
RU217101U1 (ru) | Тиристорный преобразователь частоты для однофазного двухобмоточного асинхронного электродвигателя с явно выраженным звеном постоянного тока | |
Kanti et al. | Speed Control of Three-Phase Induction Motor using FPGA | |
RU2792170C1 (ru) | Вентильный магнитоэлектрический генератор с коррекцией входного коэффициента мощности его выпрямителя | |
Purwanto et al. | Venturini modulation method for matrix converter | |
RU2403688C1 (ru) | Двухчастотное двухкаскадное однофазно-трехфазное преобразовательное устройство для индукционного нагрева и плавки металлов | |
RU2581594C2 (ru) | Улучшенный понижающий преобразователь частоты | |
RU104401U1 (ru) | Однофазный мостовой преобразователь частоты | |
SU1742959A1 (ru) | Трехфазный умножитель частоты | |
RU2304839C2 (ru) | Способ управления однофазным инвертором напряжения и однофазный инвертор напряжения, управляемый по этому способу | |
Záskalický | Torque ripple calculation of two-phase im supplied by three-leg VSI inverter | |
Ataullaev et al. | Monitoring and control of the protection system of electric drives with the method of pulse-width modulation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20190521 |