RU2011277C1 - 50-Hz THREE-PHASE-TO-60-Hz SINGLE-PHASE VOLTAGE CONVERTER - Google Patents

50-Hz THREE-PHASE-TO-60-Hz SINGLE-PHASE VOLTAGE CONVERTER Download PDF

Info

Publication number
RU2011277C1
RU2011277C1 SU5037183A RU2011277C1 RU 2011277 C1 RU2011277 C1 RU 2011277C1 SU 5037183 A SU5037183 A SU 5037183A RU 2011277 C1 RU2011277 C1 RU 2011277C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
voltage
output
switches
twelve
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Владимирович Поссе
Original Assignee
Андрей Владимирович Поссе
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Андрей Владимирович Поссе filed Critical Андрей Владимирович Поссе
Priority to SU5037183 priority Critical patent/RU2011277C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2011277C1 publication Critical patent/RU2011277C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Abstract

FIELD: current conversion. SUBSTANCE: converter has two transformers with a three-phase primary winding and six-phase secondary winding connected in two inverse in two stars, and a unit consisting of twelve fully controlled switches with bilateral conductivity. The primary winding of one transformer is star-connected, and that of the other is delta-connected. A twelve-phase symmetrical system of voltage is formed on the secondary side of both transformers. Each switch is connected to the lead of one phase of the secondary windings. Connected to the converter output are common point of the switches and the common neutral conductor of the secondary windings. Each switch carries the voltage of one phase of the twelve-phase system to the converter output during a half cycle of the 60-Hz frequency. Each pair of switches is changed over at the instant when the voltage applied to the output approximately equals the voltage of the adjacent leading phase in instantaneous values. EFFECT: obtaining of output voltage close to the sinusoidal one with a low content of high harmonics. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания от трехфазной сети 50 Гц устройств, для которых необходимо однофазное напряжение 60 Гц, применяемое в странах Америки и в Японии. The invention relates to electrical engineering and can be used to supply 50 Hz devices from a three-phase network, which require a single-phase voltage of 60 Hz, used in the countries of America and Japan.

Известны преобразователи трехфазного напряжения одной частоты в однофазное напряжение другой частоты, содержащие трехфазный трансформатор с многофазной вторичной обмоткой и две вентильные группы, которые обеспечивают прохождение выходного тока в обоих направлениях с заданной частотой. Наиболее близким к предлагаемому преобразователю является преобразователь, содержащий трансформатор, имеющий трехфазную первичную и шестифазную вторичную обмотку, которая соединена в виде двойной звезды, и две группы вентилей, присоединенных к фазным выводам вторичной обмотки. Known converters of three-phase voltage of one frequency to a single-phase voltage of another frequency, containing a three-phase transformer with a multiphase secondary winding and two valve groups that provide the passage of the output current in both directions with a given frequency. Closest to the proposed converter is a converter containing a transformer having a three-phase primary and six-phase secondary winding, which is connected in the form of a double star, and two groups of valves connected to the phase terminals of the secondary winding.

Выходное напряжение преобразователя, принятое за прототип, состоит за период из двух разнополярных блоков, каждый из которых близок к прямоугольнику (каждый блок - это выпрямленное напряжение одной группы вентилей на промежутке времени, близком к половине периода выходного напряжения). При такой форме выходное напряжение, кроме основной (первой) гармоники, содержит большие относительные значения высших гармоник: по отношению к первой гармонике третья гармоника составляет около 30% , пятая - 20% , седьмая - 14 и т. д. Коэффициент несинусоидальности выходного напряжения близок к 50% . Таким образом, недостатком прототипа является неудовлетворительный гармонический состав его выходного напряжения. The output voltage of the converter, taken as a prototype, consists of two bipolar blocks, each of which is close to a rectangle (each block is the rectified voltage of one group of valves for a period of time close to half the period of the output voltage). With this form, the output voltage, in addition to the main (first) harmonic, contains large relative values of higher harmonics: with respect to the first harmonic, the third harmonic is about 30%, the fifth - 20%, the seventh - 14, etc. The output voltage non-sinusoidality coefficient is close to 50%. Thus, the disadvantage of the prototype is the unsatisfactory harmonic composition of its output voltage.

Целью изобретения является улучшение гармонического состава выходного напряжения, приближение его формы к синусоидальной. The aim of the invention is to improve the harmonic composition of the output voltage, the approximation of its shape to a sinusoidal.

Сущность изобретения состоит в том, что выходное напряжение 60 Гц формируется из смежных напряжений 50 Гц двенадцатифазной системы, причем в течение каждой половины периода частоты 60 Гц к выходу преобразователя подводится напряжение одной фазы двенадцатифазной системы, а переход на смежное опережающее напряжение другой фазы производится в момент, когда мгновенные значения напряжений этих фаз примерно равны. В результате выходное напряжение 60 Гц оказывается близким к синусоидальному, высшие гармоники в нем имеют малые относительные значения, коэффициент несинусоидальности на порядок меньше, чем у прототипа. The essence of the invention lies in the fact that the output voltage of 60 Hz is formed from adjacent voltages of 50 Hz of the twelve-phase system, and during each half of the frequency period of 60 Hz, the voltage of one phase of the twelve-phase system is supplied to the output of the converter, and the transition to the adjacent leading voltage of the other phase is made at the moment when the instantaneous voltage values of these phases are approximately equal. As a result, the output voltage of 60 Hz is close to sinusoidal, the higher harmonics in it have small relative values, the coefficient of non-sinusoidality is an order of magnitude lower than that of the prototype.

Для указанного формирования выходного напряжения 60 Гц преобразователь содержит два трансформатора, вторичные напряжения которых образуют двенадцатифазную симметричную систему. К двенадцати фазным выводам вторичных обмоток трансформаторов присоединены соответственно первые выводы двенадцати полностью управляемых ключей с двусторонней проводимостью, вторые выводы ключей соединены между собой и образуют один вывод преобразователя. Нулевые выводы вторичных обмоток трансформаторов соединены между собой и образуют другой вывод преобразователя. Устройства управления ключами обеспечивают последовательное переключение ключей, необходимое для формирования однофазного выходного напряжения 60 Гц. For the specified formation of the output voltage of 60 Hz, the converter contains two transformers, the secondary voltages of which form a twelve-phase symmetric system. To the twelve phase terminals of the secondary windings of the transformers are connected, respectively, the first terminals of the twelve fully controllable keys with two-sided conductivity, the second terminals of the keys are interconnected and form one terminal of the converter. The zero conclusions of the secondary windings of the transformers are interconnected and form another output of the converter. Key management devices provide sequential key switching required to generate a single-phase output voltage of 60 Hz.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 - графики, поясняющие формирование однофазного напряжения 60 Гц. In FIG. 1 shows a diagram of the proposed Converter; in FIG. 2 is a graph explaining the formation of a single-phase voltage of 60 Hz.

Преобразователь содержит трансформаторы 1 и 2 и блок ключей 3. Трехфазные первичные обмотки 4 и 5 обоих трансформаторов соединены параллельно и подключены к источнику трехфазного напряжения частоты 50 Гц. Первичные обмотки 4 и 5 соединены соответственно звездой и треугольником. Каждый трансформатор имеет две трехфазные вторичные обмотки, соединенные в две обратные звезды. Нулевые выводы вторичных обмоток обоих трансформаторов соединены между собой и их общий вывод подключен к выходу преобразователя. Напряжения всех вторичных обмоток одинаковы по величине. В результате указанного выполнения трансформаторов 1 и 2 на их вторичной стороне между фазными выводами и общим нулевым выводом образуется двенадцатифазная симметричная система напряжений, векторная диаграмма 6 которой показана на фиг. 1. Обозначения векторов напряжений совпадает с обозначениями фазных выводов вторичных обмоток. The converter contains transformers 1 and 2 and a key block 3. Three-phase primary windings 4 and 5 of both transformers are connected in parallel and connected to a three-phase voltage source of frequency 50 Hz. The primary windings 4 and 5 are connected respectively by a star and a triangle. Each transformer has two three-phase secondary windings connected in two reverse stars. The zero conclusions of the secondary windings of both transformers are interconnected and their common output is connected to the output of the converter. The voltages of all secondary windings are the same in magnitude. As a result of this embodiment of transformers 1 and 2, a twelve-phase symmetrical voltage system is formed on their secondary side between the phase terminals and the common zero terminal, the vector diagram 6 of which is shown in FIG. 1. The designations of the voltage vectors coincides with the designations of the phase outputs of the secondary windings.

Блок ключей 3 содержит двенадцать полностью управляемых ключей с двусторонней проводимостью. Первые выводы двенадцати ключей соединены соответственно с двенадцатью выводами вторичных обмоток трансформаторов. Вторые выводы ключей соединены между собой и подключены к выходу преобразователя. Ключи К1-К12 пронумерованы в порядке их включения согласно векторной диаграмме напряжений 6. Ключу, соединенному с фазой а1, придан номер 1. Одно из возможных выполнений ключа показано на фиг. 1 (поз. 7). Ключ 7 содержит запираемый тиристор 8 и четыре диода 9, включенных по мостовой схеме. Key block 3 contains twelve fully controlled keys with two-sided conductivity. The first leads of the twelve keys are connected respectively with the twelve leads of the secondary windings of the transformers. The second conclusions of the keys are interconnected and connected to the output of the Converter. The keys K1-K12 are numbered in the order they are turned on according to the voltage vector diagram 6. The key connected to phase a1 is assigned the number 1. One of the possible key designs is shown in FIG. 1 (item 7). The key 7 contains a lockable thyristor 8 and four diodes 9, connected by a bridge circuit.

Для получения на выходе преобразователя практически синусоидального напряжения 60 Гц между его выходными выводами может быть включен резонансный фильтр 10, настроенный на третью гармонику, имеющую наибольшую величину (около 4% от первой гармоники). To obtain an almost sinusoidal voltage of 60 Hz at the output of the converter, a resonant filter 10 tuned to the third harmonic, which has the largest value (about 4% of the first harmonic), can be switched on between its output terminals.

Формиpование однофазного напряжения 60 Гц показано на оси времени 11 фиг. 2. Относительно этой оси построены синусоида напряжения U(в4) фазы в4 и частично синусоиды напряжений U(a1), U(в3) и U(с2) соответственно фаз а1, в3 и с2 вторичных обмоток трансформаторов 1 и 2 (фиг. 1). Фазовые сдвиги этих напряжений соответствуют векторной диаграмме 6. Выходное напряжение Uвых на первом промежутке времени до момента t1 образуется напряжением U(a1), на промежутке t1t2 - напряжением U(в4), на промежутке t2t3 - напряжением U(в3) и на следующем промежутке после момента t3 - напряжением U(c2). Длительность каждого промежутка времени (t1t2, t2t3 и других) равна 1/120 с или половине периода частоты 60 Гц. Переход от напряжения одной фазы двенадцатифазной системы к напряжению другой смежной и опережающей фазы производится примерно в моменты времени, когда мгновенные значения этих напряжений равны. В результате, как видно на фиг. 2, образуется кривая выходного напряжения Uвых, имеющего период равный 1/60 с или частоту 60 Гц (кривая выходного напряжения выделена более толстой линией). По своей форме кривая выходного напряжения близка к синусоиде.The formation of a single-phase voltage of 60 Hz is shown on the time axis 11 of FIG. 2. Relative to this axis, a sinusoidal voltage U (b4) of phase b4 and partially sinusoidal voltages U (a1), U (b3) and U (c2) of phases a1, b3 and c2 of the secondary windings of transformers 1 and 2, respectively, are constructed (Fig. 1) . The phase shifts of these voltages correspond to the vector diagram 6. The output voltage U o in the first time interval until t 1 is formed by the voltage U (a1), in the interval t 1 t 2 - by the voltage U (b4), in the interval t 2 t 3 - by the voltage U (c3) and in the next interval after the moment t 3 - by voltage U (c2). The duration of each period of time (t 1 t 2 , t 2 t 3 and others) is equal to 1/120 s or half of the frequency period of 60 Hz. The transition from the voltage of one phase of the twelve-phase system to the voltage of the other adjacent and leading phases is carried out at approximately time instants when the instantaneous values of these voltages are equal. As a result, as seen in FIG. 2, the curve is formed of the output voltage U O, having a period equal to 1/60 second or 60 Hz (curve output voltage is highlighted by a thicker line). In its shape, the output voltage curve is close to a sinusoid.

На осях времени 12 и 13 фиг. 2 показаны примерные формы импульсов управления И1-И4, которые поступают к управляющим электродам запираемых тиристоров 8 соответственно ключей К1-К4 (фиг. 1). В первом промежутке времени до момента t1 на тиристор ключа К1 подан положительный импульс управления И1, ключ К1 включен, к выходу преобразователя подведено напряжение U(a1); через ключ К1 проходит ток нагрузки преобразователя, полярность которого может измениться в течение этого промежутка времени. Перед моментом t1 с малым опережением положительным импульсом И2 включается ключ К2, а в момент t1 возникает отрицательный импульс И1 и происходит отключение ключа К1 (запирается тиристор этого ключа). В результате этого на промежутке t1t2 в течение половины периода частоты 60 Гц (в течение 1/120 с) к выходу преобразователя подводится напряжение U(в4). В момент t2 отключается ключ K2 и включается ключ К3 (импульсом И3). В момент t3 аналогично происходит переключение ключей К3 и К4. Полный цикл переключения всех двенадцати ключей блока 3 (фиг. 1) продолжается в течение 0,1 с (5 периодов частоты 50 Гц или 6 периодов частоты 60 Гц).On the time axes 12 and 13 of FIG. 2 shows exemplary forms of control pulses I1-I4, which are supplied to the control electrodes of the lockable thyristors 8, respectively, of the keys K1-K4 (Fig. 1). In the first time interval until time t 1, a positive control pulse I1 is applied to the thyristor of key K1, key K1 is turned on, voltage U (a1) is connected to the output of the converter; through the switch K1 passes the load current of the converter, the polarity of which can change during this period of time. Before the moment t 1 with a small lead by a positive pulse And2, the key K2 is turned on, and at the moment t 1 a negative pulse I1 occurs and the key K1 is turned off (the thyristor of this key is locked). As a result of this, over the interval t 1 t 2 for half the frequency period of 60 Hz (within 1/120 s), voltage U (b4) is applied to the output of the converter. At time t 2, the key K2 is turned off and the key K3 is turned on (pulse I3). At time t 3 , the keys K3 and K4 are switched similarly. The complete switching cycle of all twelve keys of block 3 (Fig. 1) continues for 0.1 s (5 periods of frequency 50 Hz or 6 periods of frequency 60 Hz).

Разложение кривой выходного напряжения в ряд гармоник дает результаты, помещенные в таблице. The expansion of the output voltage curve in a series of harmonics gives the results listed in the table.

Коэффициент несинусоидальности выходного напряжения
KНС=

Figure 00000001
= ·100 = 4.0%
Таким образом, по величине коэффициента несинусоидальности выходное напряжение предлагаемого преобразователя удовлетворяет ГОСТ 13109-87 на качество электроэнергии (нормальное значение КНС равно 5% ). Цель изобретения - улучшение гармонического состава выходного напряжения - достигнута.The coefficient of non-sinusoidality of the output voltage
K NS =
Figure 00000001
= 100 = 4.0%
Thus, in terms of the coefficient of non-sinusoidality, the output voltage of the proposed converter satisfies GOST 13109-87 for the quality of electricity (the normal value of K NS is 5%). The purpose of the invention is to improve the harmonic composition of the output voltage is achieved.

При необходимости еще лучшего приближения кривой выходного напряжения к синусоиде на выходе преобразователя включается резонансный фильтр 10 (фиг. 1), настроенный на частоту третьей гармоники, т. е. на 180 Гц. Этим фильтром практически исключается третья гармоника и уменьшаются другие высшие гармоники выходного напряжения. (56) Жемеров Г. Г. Тиристорные преобразователи частоты с непосредственной связью. М. : Энергия, 1977, 280 с. If necessary, even better approximation of the curve of the output voltage to the sinusoid at the output of the Converter includes a resonant filter 10 (Fig. 1), tuned to the frequency of the third harmonic, i.e. 180 Hz. This filter virtually eliminates the third harmonic and reduces other higher harmonics of the output voltage. (56) Zhemerov G.G. Thyristor frequency converters with direct coupling. M.: Energy, 1977, 280 p.

Claims (2)

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТРЕХФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ 50 ГЦ В ОДНОФАЗНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ 60 ГЦ, содержащий трансформатор, имеющий трехфазную первичную и шестифазную вторичную обмотки, соединенные в виде двойной звезды, полностью управляемые ключи с двусторонней проводимостью и устройство управления ключами, отличающийся тем, что с целью улучшения гармонического состава выходного напряжения, дополнительно введен второй трансформатор, шестифазная вторичная обмотка которого соединена по той же схеме, что и вторичная обмотка первого трансформатора, а его трехфазная первичная обмотка соединена по схеме, обеспечивающей получение на вторичной стороне обоих трансформаторов двенадцатифазной симметричной системы напряжений, причем к двенадцати выводам вторичных обмоток трансформатора присоединены соответственно первые выводы двенадцати указанных ключей, вторые выводы которых соединены между собой и образуют один из выходных выводов для подключения нагрузки, нулевые выводы вторичных обмоток трансформаторов соединены между собой и образуют другой выходной вывод, а устройство управления ключами выполнено обеспечивающим последовательное включение и отключение ключей так, что каждый ключ подводит к выходу преобразователя свое фазное напряжение в течение половины периода частоты 60 Гц, а переключение каждой пары ключей происходит в момент, когда подведенное к выходу напряжение становится примерно равным напряжению смежной опережающей фазы по мгновенным значениям. 1. THREE-PHASE VOLTAGE CONVERTER 50 HZ TO SINGLE-PHASE VOLTAGE 60 HZ, containing a transformer having a three-phase primary and six-phase secondary windings connected in the form of a double star, fully controllable keys with two-side conductivity and a key management device, characterized in that in order to improve the harmonic composition output voltage, a second transformer is additionally introduced, the six-phase secondary winding of which is connected in the same way as the secondary winding of the first transformer, and its t the primary phase winding is connected according to a circuit providing a twelve-phase symmetrical voltage system on the secondary side of both transformers, and the first terminals of the twelve indicated switches are connected to the twelve terminals of the secondary windings of the transformer, the second terminals of which are interconnected and form one of the output terminals for connecting the load, the zero conclusions of the secondary windings of the transformers are interconnected and form another output terminal, and the control device it is made by means of switches that enable and disable the switches in series so that each switch brings its phase voltage to the output of the converter for half the frequency period of 60 Hz, and each pair of switches switches at the moment when the voltage brought to the output becomes approximately equal to the voltage of the adjacent leading phase instantaneous values. 2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что с целью получения практически синусоидального выходного напряжения, между его выходными выводами включен резонансный фильтр, настроенный на частоту 180 Гц. 2. The Converter according to claim 1, characterized in that in order to obtain a practically sinusoidal output voltage, a resonant filter tuned to a frequency of 180 Hz is included between its output terminals.
SU5037183 1992-04-14 1992-04-14 50-Hz THREE-PHASE-TO-60-Hz SINGLE-PHASE VOLTAGE CONVERTER RU2011277C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5037183 RU2011277C1 (en) 1992-04-14 1992-04-14 50-Hz THREE-PHASE-TO-60-Hz SINGLE-PHASE VOLTAGE CONVERTER

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5037183 RU2011277C1 (en) 1992-04-14 1992-04-14 50-Hz THREE-PHASE-TO-60-Hz SINGLE-PHASE VOLTAGE CONVERTER

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2011277C1 true RU2011277C1 (en) 1994-04-15

Family

ID=21601790

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5037183 RU2011277C1 (en) 1992-04-14 1992-04-14 50-Hz THREE-PHASE-TO-60-Hz SINGLE-PHASE VOLTAGE CONVERTER

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2011277C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2477556C2 (en) * 2008-06-12 2013-03-10 Абб Текнолоджи Аг Installation for electric power transmission
RU2674753C2 (en) * 2016-11-17 2018-12-13 Валерий Дмитриевич Василенко Single-phase load on three-phase network phases uniform distribution device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2477556C2 (en) * 2008-06-12 2013-03-10 Абб Текнолоджи Аг Installation for electric power transmission
US8665617B2 (en) 2008-06-12 2014-03-04 Abb Technology Ag Plant for transmitting electric power
RU2674753C2 (en) * 2016-11-17 2018-12-13 Валерий Дмитриевич Василенко Single-phase load on three-phase network phases uniform distribution device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Menzies et al. Advanced static compensation using a multilevel GTO thyristor inverter
Bhagwat et al. Generalized structure of a multilevel PWM inverter
Mokrytzki Pulse width modulated inverters for ac motor drives
US3431483A (en) Cycloconverter power circuits
WO1993023913A1 (en) Optimized high power voltage sourced inverter system
US5168437A (en) Phase displaced, multiple inverter bridge circuits with waveform notching for harmonic elimination
Arrillaga et al. A current reinjection scheme that adds self-commutation and pulse multiplication to the thyristor converter
RU2011277C1 (en) 50-Hz THREE-PHASE-TO-60-Hz SINGLE-PHASE VOLTAGE CONVERTER
RU203267U1 (en) AC voltage regulator
US4375076A (en) Cyclically controlled electrical equipment having a control angle which is variable over a portion of the operating cycle
SU907755A1 (en) Method of control of two-transformer 12-phase converter
RU6478U1 (en) VARIABLE DISCRETE CONTROL DEVICE
SU1374334A1 (en) Reactive power source
GB2242792A (en) Reactive power generator
RU2052845C1 (en) Device for pulse regulation of three-phase voltage
RU2049612C1 (en) Power source for direct current electric arc welding
RU1282797C (en) Serial inverter
SU1069096A1 (en) Three-phase a.c.voltage/a.c.voltage converter
SU1094123A1 (en) Three-phase ac voltage-to-dc voltage converter
RU2155365C2 (en) Procedure controlling alternating voltage
RU2001117420A (en) The method of stabilization and regulation of electricity parameters in three-phase power networks and a device for its implementation
RU2071632C1 (en) Device to control three-phase voltage
SU520664A1 (en) Reactive power source
RU2012985C1 (en) Method of control over three-phase alternating-to-direct voltage converter
SU1282285A2 (en) Transformer-semiconductor m-phase - n-phase frequency converter with quasi-single-side-band modulation