RU2256284C1 - Frequency converter (alternatives) - Google Patents

Frequency converter (alternatives) Download PDF

Info

Publication number
RU2256284C1
RU2256284C1 RU2003130705/09A RU2003130705A RU2256284C1 RU 2256284 C1 RU2256284 C1 RU 2256284C1 RU 2003130705/09 A RU2003130705/09 A RU 2003130705/09A RU 2003130705 A RU2003130705 A RU 2003130705A RU 2256284 C1 RU2256284 C1 RU 2256284C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency converter
series
keys
transformers
inputs
Prior art date
Application number
RU2003130705/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
ков П.М. Дь (RU)
П.М. Дьяков
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Ижевский радиозавод"
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 Открытое акционерное общество "Ижевский радиозавод" filed Critical Открытое акционерное общество "Ижевский радиозавод"
Priority to RU2003130705/09A priority Critical patent/RU2256284C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2256284C1 publication Critical patent/RU2256284C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Abstract

FIELD: power converter engineering; induction motor supply frequency and voltage regulation.
SUBSTANCE: proposed frequency converter has control unit and groups of parallel-connected pairs of series-interconnected switches, as well as phasing unit and filter unit both connected to frequency converter inputs, and transformers whose quantity depends on input voltage phase number; some outputs of control unit are connected through phasing unit to control inputs of respective switches and other outputs of control unit are series-connected through filter unit and phasing unit to control inputs of other switches. Transformer primary windings are connected to some respective groups of switches connected to inputs of frequency converter and secondary windings of different transformers are connected in series; extreme leads of these groups of windings are connected to other respective groups of switches connected to frequency converter outputs. In addition, invention is concerned with frequency converters for three phases of input voltage and for three phases of output voltage incorporating switches built around transistors and diodes, and with transformers having different number of primary and secondary windings. Proposed frequency converter incorporates provision for electrical isolation, extension of regulation range, and elimination of higher harmonics in output voltage.
EFFECT: simplified circuit arrangement, reduced mass and size, enhanced reliability of frequency converter, and reduced energy loss.
4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области силовой преобразовательной техники и может быть использовано для регулирования частоты и величины напряжения питания асинхронных электрических двигателей.The invention relates to the field of power converting equipment and can be used to control the frequency and magnitude of the supply voltage of asynchronous electric motors.

Известен “Непосредственный преобразователь частоты” (патент РФ №2137283, МПК Н 02 М 5/27, 1999), содержащий двунаправленные входные ключи, объединенные в группы, число которых равно числу выходных фаз преобразователя, соединенные в каждой группе одними своими концами в многофазную звезду по числу фаз входного напряжения.Known “Direct frequency converter” (RF patent No. 2137283, IPC N 02 M 5/27, 1999), containing bidirectional input keys combined in groups, the number of which is equal to the number of output phases of the converter, connected in each group by their ends to a multiphase star by the number of phases of the input voltage.

Недостатками данного преобразователя частоты являются наличие гальванической связи его входного и выходного напряжений, повышающей вероятность короткого замыкания и ведущей к снижению надежности, что сужает область его применения. Превышение выходного напряжения над входным возможно только за счет запасенной энергии в дросселях и ограничено током нагрузки, требует больших габаритов дросселей и реализуемо для малых мощностей преобразователя частоты. Зависимость выходного напряжения от изменения нагрузки требует постоянного регулирования соотношения периодов переключения входных и выходных ключей, что усложняет схему их управления. Наличие силовых конденсаторов ведет к усложнению схемы и увеличению габаритов преобразователя частоты, к снижению его надежности. Высокий уровень высших гармонических составляющих выходного напряжения отрицательно сказывается на работе подключаемого оборудования.The disadvantages of this frequency converter are the presence of galvanic coupling of its input and output voltages, which increases the likelihood of a short circuit and leads to a decrease in reliability, which narrows the scope of its application. The excess of the output voltage over the input is possible only due to the stored energy in the chokes and is limited by the load current, requires large dimensions of the chokes and is feasible for small capacities of the frequency converter. The dependence of the output voltage on load changes requires constant adjustment of the ratio of the switching periods of the input and output keys, which complicates the control circuit. The presence of power capacitors leads to a complication of the circuit and an increase in the size of the frequency converter, to a decrease in its reliability. A high level of higher harmonic components of the output voltage negatively affects the operation of the connected equipment.

Известен также двухзвенный преобразователь частоты (Р.Т.Шрейнер. “Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты”. Екатеринбург, 2000, Российская Академия Наук, Уральское отделение, с.277, рис. 13.2), содержащий группы из двух параллельно соединенных пар последовательно включенных ключей в количестве, равном сумме числа фаз входного и выходного напряжений. Однако данный преобразователь также содержит гальваническую связь входного и выходного напряжений, что не позволяет подключить оборудование, требующее изолированного напряжения питания. Другим недостатком является присутствие в выходном напряжении высших гармоник, а номинальное выходное напряжение соответствует напряжению сети, что не позволяет подключать оборудование, питающееся напряжением, отличным от сетевого. В схеме применяется большое количество дросселей и силовой фильтр, содержащий батарею конденсаторов значительной емкости. Все это определяет сложность силовой схемы и системы управления, увеличение габаритов и массы при недостаточной надежности устройства и низких энергетических показателях преобразователя частоты.Also known is a two-link frequency converter (RT Shreiner. “Mathematical modeling of AC electric drives with semiconductor frequency converters.” Yekaterinburg, 2000, Russian Academy of Sciences, Ural Branch, p.277, Fig. 13.2), containing groups of two parallel connected pairs of series-connected keys in an amount equal to the sum of the number of phases of the input and output voltages. However, this converter also contains a galvanic connection between the input and output voltages, which does not allow connecting equipment that requires an isolated supply voltage. Another drawback is the presence of higher harmonics in the output voltage, and the rated output voltage corresponds to the mains voltage, which does not allow connecting equipment powered by voltage other than the mains. The circuit uses a large number of chokes and a power filter containing a capacitor bank of significant capacity. All this determines the complexity of the power circuit and control system, the increase in size and weight with insufficient reliability of the device and low energy performance of the frequency converter.

Целью изобретения является изменение схемы, реализующее гальваническую изоляцию, расширение пределов и исключение высших гармоник выходного напряжения при одновременном упрощении схемы, позволяющем снизить массу и габариты преобразователя частоты, а также повысить его надежность и снизить энергопотери.The aim of the invention is to change the circuit, realizing galvanic isolation, expanding the limits and eliminating higher harmonics of the output voltage while simplifying the circuit, which allows to reduce the mass and dimensions of the frequency converter, as well as to increase its reliability and reduce energy loss.

Это достигается тем, что в преобразователь частоты, содержащий блок управления и группы параллельно соединенных пар последовательно включенных ключей, введены блок фазирования, блок фильтрации, подключенные к входам преобразователя частоты, и трансформаторы в количестве, равном числу фаз входного напряжения, при этом одни выходы блока управления подключены через блок фазирования к управляющим входам одних ключей, а другие выходы блока управления подключены последовательно, через блок фильтрации и блок фазирования, к управляющим входам других ключей, а первичные обмотки трансформаторов подключены к одним соответствующим группам ключей, подключенным к входам преобразователя частоты, а вторичные обмотки разных трансформаторов соединены последовательно, и крайние выводы этих групп обмоток подключены к другим соответствующим группам ключей, подключенным к выходам преобразователя частоты. Расширение пределов номинального напряжения достигается за счет соответствующего коэффициента трансформации трансформаторов, а напряжение, отличающееся от номинального, формируется за счет широтно-импульсной модуляции выходного напряжения групп вторичных обмоток трансформаторов с помощью ключей. Предлагаемой схемой преобразователя частоты достигается гальваническая изоляция входного и выходного напряжений, расширяются пределы и исключаются высшие гармоники выходного напряжения при одновременном упрощении схемы, позволяющем снизить массу и габариты преобразователя частоты, а также повысить его надежность и снизить энергопотери.This is achieved by the fact that a phasing unit, a filtering unit connected to the inputs of the frequency converter, and transformers in an amount equal to the number of phases of the input voltage are introduced into the frequency converter containing the control unit and groups of parallel connected pairs of series-connected keys, while one output of the unit the controls are connected through the phasing unit to the control inputs of some keys, and the other outputs of the control unit are connected in series, through the filtering unit and the phasing unit, to the control inputs m of other keys, and the primary windings of the transformers are connected to one corresponding groups of keys connected to the inputs of the frequency converter, and the secondary windings of different transformers are connected in series, and the extreme terminals of these groups of windings are connected to other corresponding groups of keys connected to the outputs of the frequency converter. The extension of the limits of the nominal voltage is achieved due to the corresponding transformation ratio of the transformers, and a voltage that differs from the nominal one is formed by pulse-width modulation of the output voltage of the groups of secondary transformer windings using keys. The proposed frequency converter circuit achieves galvanic isolation of the input and output voltages, extends the limits and eliminates higher harmonics of the output voltage while simplifying the circuit to reduce the mass and dimensions of the frequency converter, as well as increase its reliability and reduce energy loss.

Также это достигается тем, что преобразователь частоты содержит три трансформатора с двумя первичными и шестью вторичными обмотками, а ключи выполнены на транзисторе и диоде, при этом первичные обмотки каждого трансформатора с соединенными последовательно двумя встречно включенными ключами соединены встречно-параллельно, и эти цепи соединены в звезду или треугольник и подключены к входам преобразователя частоты, а каждые две группы вторичных обмоток трансформаторов с соединенными последовательно двумя встречно включенными ключами соединены встречно-параллельно, и эти три цепи соединены в звезду и подключены к выходам преобразователя частоты.This is also achieved by the fact that the frequency converter contains three transformers with two primary and six secondary windings, and the keys are made on a transistor and a diode, while the primary windings of each transformer with two counter-connected keys connected in series are connected counter-parallel, and these chains are connected in a star or a triangle and are connected to the inputs of the frequency converter, and every two groups of secondary windings of transformers with two opposing switches connected in series oedineny antiparallel, and these three circuits are connected in star and are connected to the outputs of the frequency converter.

Также это достигается тем, что преобразователь частоты содержит три трансформатора с двумя первичными и двумя вторичными обмотками, а ключи выполнены на транзисторе и диоде, при этом первичные обмотки каждого трансформатора с соединенными последовательно двумя встречно включенными ключами соединены встречно-параллельно, и эти цепи соединены в звезду или треугольник и подключены к входам преобразователя частоты, а каждый крайний вывод двух последовательно соединенных групп вторичных обмоток разных трансформаторов подключен к каждому фазному выходу преобразователя частоты через два встречно-последовательно включенных ключа, и общие выводы групп обмоток соединены с нулевым выходом преобразователя частоты.This is also achieved by the fact that the frequency converter contains three transformers with two primary and two secondary windings, and the keys are made on a transistor and a diode, while the primary windings of each transformer with two counter-connected keys connected in series are connected counter-parallel, and these chains are connected in a star or a triangle and are connected to the inputs of the frequency converter, and each extreme terminal of two series-connected groups of secondary windings of different transformers is connected to each the phase output of the frequency converter via two series-connected oppositely-key and general conclusions groups of windings are connected to the zero output of the frequency converter.

Также это достигается тем, что преобразователь частоты содержит три трансформатора с двумя первичными и двумя вторичными обмотками, а ключи выполнены на транзисторе и диоде, при этом первичные обмотки каждого трансформатора с соединенными последовательно двумя встречно включенными ключами соединены встречно-параллельно, и эти цепи соединены в звезду или треугольник и подключены к входам преобразователя частоты, а крайние выводы двух последовательно соединенных групп вторичных обмоток разных трансформаторов подключены к фазным выходам преобразователя частоты через ключи, соединенные по схеме последовательно включенных активного выпрямителя и автономного инвертора напряжения, и общие выводы групп обмоток соединены с нулевым выходом преобразователя частоты.This is also achieved by the fact that the frequency converter contains three transformers with two primary and two secondary windings, and the keys are made on a transistor and a diode, while the primary windings of each transformer with two counter-connected keys connected in series are connected counter-parallel, and these chains are connected in a star or a triangle and are connected to the inputs of the frequency converter, and the extreme terminals of two series-connected groups of secondary windings of different transformers are connected to the phase output s of the frequency converter through the switches connected in series-connected circuit of an active rectifier and auxiliary inverter voltage, and general conclusions groups of windings are connected to the zero output of the frequency converter.

На фиг.1 представлена функциональная схема преобразователя частоты для случая, когда число фаз входного и выходного напряжений равно трем.Figure 1 presents the functional diagram of the frequency Converter for the case when the number of phases of the input and output voltages is equal to three.

На фиг.2 представлена функциональная схема преобразователя частоты, выполненного на трех трансформаторах с двумя первичными и шестью вторичными обмотками.Figure 2 presents a functional diagram of a frequency converter made on three transformers with two primary and six secondary windings.

На фиг.3 представлена функциональная схема преобразователя частоты, выполненного на трех трансформаторах с двумя вторичными обмотками.Figure 3 presents a functional diagram of a frequency converter made on three transformers with two secondary windings.

На фиг.4 представлена функциональная схема преобразователя частоты, выполненного на трех трансформаторах с двумя вторичными обмотками и соединением вторых ключей по схемам активного выпрямителя и автономного инвертора напряжения.Figure 4 presents a functional diagram of a frequency converter made on three transformers with two secondary windings and the connection of the second keys according to the schemes of an active rectifier and an autonomous voltage inverter.

Преобразователь частоты содержит, в случае трехфазного входного и выходного напряжений (фиг.1), блок управления 1, шесть групп параллельно соединенных пар последовательно включенных ключей 2 (соответственно трем фазам входного напряжения и трем фазам выходного напряжения преобразователя частоты), блок фазирования 3, блок фильтрации 4, подключенные к входам преобразователя частоты, и трансформаторы 5, 6, 7 (в количестве, равном числу фаз входного напряжения), при этом одни выходы блока управления 1 подключены через блок фазирования 3 к управляющим входам одних ключей 2, а другие выходы блока управления 1 последовательно, через блок фильтрации 4 и блок фазирования 3 подключены к управляющим входам других ключей 2, и первичные обмотки трансформаторов 5, 6, 7 подключены к одним соответствующим группам ключей 2, соединенным в звезду или треугольник (соответственно числу фаз входного напряжения) и подключенным к входам преобразователя частоты, а вторичные обмотки разных трансформаторов 5, 6, 7 соединены последовательно, а крайние выводы этих групп обмоток подключены к другим соответствующим группам ключей 2, соединенным в звезду и подключенным к выходам преобразователя частоты.The frequency converter contains, in the case of a three-phase input and output voltage (Fig. 1), a control unit 1, six groups of parallel-connected pairs of series-connected keys 2 (respectively, three phases of the input voltage and three phases of the output voltage of the frequency converter), phasing unit 3, block filtering 4, connected to the inputs of the frequency converter, and transformers 5, 6, 7 (in an amount equal to the number of phases of the input voltage), while one of the outputs of the control unit 1 is connected through the phasing unit 3 to control the inputs of one of the keys 2 to them, and the other outputs of the control unit 1 are connected in series through the filtering unit 4 and the phasing unit 3 to the control inputs of the other keys 2, and the primary windings of the transformers 5, 6, 7 are connected to one corresponding groups of keys 2 connected to the star or a triangle (corresponding to the number of phases of the input voltage) and connected to the inputs of the frequency converter, and the secondary windings of different transformers 5, 6, 7 are connected in series, and the extreme terminals of these groups of windings are connected to other corresponding m 2 groups of keys connected in star and is connected to the outputs of the frequency converter.

Преобразователь частоты работает следующим образом.The frequency converter operates as follows.

Трансформаторы 5, 6, 7 и ключи 2 под управлением блока управления 1, блока фазирования 3 и блока фильтрации 4 преобразуют переменное трехфазное напряжение на входе преобразователя частоты в переменные напряжения повышенной частоты на выводах групп вторичных обмоток трансформаторов 5, 6, 7, которые далее преобразуются в трехфазное широтно-модулированное переменное напряжение на выходах преобразователя частоты. Расширение пределов номинального напряжения достигается за счет варьирования коэффициента трансформации трансформаторов 5, 6, 7. Преобразование входных фазных напряжений в переменные напряжения повышенной частоты и переменных напряжений повышенной частоты в широтно-модулированные выходные напряжения осуществляется по мостовым схемам преобразования напряжения с помощью групп ключей 2. Блок фазирования 3 инвертирует сигналы блока управления 1, идущие на управляющие входы ключей 2 первичных обмоток трансформаторов 5, 6, 7, в зависимости от полярности входных фазных напряжений преобразователя частоты, чем обеспечивает постоянное суммирование переменных напряжений последовательно соединенных вторичных обмоток разных трансформаторов 5, 6, 7 за счет соответствующего фазирования переключений их первичных обмоток, а также инвертирует сигналы блока фильтрации 4, идущие на управляющие входы ключей 2 групп вторичных обмоток трансформаторов 5, 6, 7 в зависимости от полярности напряжений на выводах этих групп вторичных обмоток, чем исключает влияние переменного вида напряжения на формирование выходного напряжения преобразователя частоты. Блок фильтрации 4 производит коррекцию широтно-модулированных по синусоидальному закону сигналов, поступающих от блока управления 1, в зависимости от текущего изменения скалярной суммы входных фазных напряжений, чем исключает влияние пульсаций амплитуд переменных напряжений на выводах групп вторичных обмоток трансформаторов 5, 6, 7 на трехфазное выходное широтно-модулированное напряжение преобразователя частоты.Transformers 5, 6, 7 and keys 2 under the control of the control unit 1, phasing unit 3 and filtering unit 4 convert the three-phase alternating voltage at the input of the frequency converter into alternating voltages of increased frequency at the terminals of the groups of secondary windings of transformers 5, 6, 7, which are further converted into a three-phase width-modulated alternating voltage at the outputs of the frequency converter. The extension of the nominal voltage limits is achieved by varying the transformation ratio of transformers 5, 6, 7. Conversion of the input phase voltages into alternating voltages of high frequency and alternating voltages of high frequency into pulse-width modulated output voltages is carried out using bridge circuits for converting voltage using key groups 2. Block phasing 3 inverts the signals of the control unit 1 going to the control inputs of the keys 2 of the primary windings of transformers 5, 6, 7, depending on the polarity of the input phase voltages of the frequency converter, which ensures a constant summation of the alternating voltages of the series-connected secondary windings of different transformers 5, 6, 7 due to the corresponding phasing of the switching of their primary windings, and also inverts the signals of the filtering unit 4, going to the control inputs of the keys 2 groups of secondary windings transformers 5, 6, 7, depending on the polarity of the voltages at the terminals of these groups of secondary windings, thereby eliminating the influence of an alternating type of voltage on Formation of the output voltage of the frequency converter. The filtering unit 4 corrects the latitudinally modulated sinusoidally modulated signals from the control unit 1, depending on the current change in the scalar sum of the input phase voltages, thereby eliminating the influence of fluctuations in the amplitudes of the alternating voltages at the terminals of the groups of secondary windings of transformers 5, 6, 7 on a three-phase output width-modulated voltage of the frequency converter.

Преобразователь частоты, приведенный на фиг.2, основан на схемном решении фиг.1 и содержит три трансформатора 5, 6, 7 с двумя первичными и шестью вторичными обмотками, при этом ключи 2 выполнены на транзисторах 8 и диодах 9, а первичные обмотки каждого из трансформаторов 5, 6, 7 с соединенными последовательно двумя встречно включенными ключами 2 соединены встречно-параллельно, и эти цепи соединены в звезду или треугольник и подключены к входам преобразователя частоты, а каждые две группы вторичных обмоток трансформаторов 5, 6, 7 с соединенными последовательно двумя встречно включенными ключами 2 соединены встречно-параллельно, и эти три цепи соединены в звезду и подключены к выходам преобразователя частоты.The frequency Converter shown in figure 2, is based on the circuit solution of figure 1 and contains three transformers 5, 6, 7 with two primary and six secondary windings, the keys 2 are made on transistors 8 and diodes 9, and the primary windings of each of transformers 5, 6, 7 connected in series with two counter-connected keys 2 are connected counter-parallel, and these circuits are connected in a star or triangle and connected to the inputs of the frequency converter, and every two groups of secondary windings of transformers 5, 6, 7 are connected after In fact, two on-off switches 2 are connected on-parallel, and these three circuits are connected in a star and connected to the outputs of the frequency converter.

Преобразователь частоты, приведенный на фиг.3, основан на схемных решениях фиг.1, 2 и содержит три трансформатора 5, 6, 7 с двумя первичными и двумя вторичными обмотками, а ключи 2 выполнены на транзисторах 8 и диодах 9, при этом первичные обмотки каждого из трансформаторов 5, 6, 7 с соединенными последовательно двумя встречно включенньми ключами 2 соединены встречно-параллельно, и эти цепи соединены в звезду или треугольник и подключены к входам преобразователя частоты, а каждый крайний вывод двух последовательно соединенных групп вторичных обмоток трансформаторов 5, 6, 7 подключен к каждому фазному выходу преобразователя частоты через два встречно-последовательно включенных ключа 2, а общие выводы групп обмоток соединены с нулевым выходом преобразователя частоты.The frequency Converter shown in Fig.3, is based on the circuit solutions of Fig.1, 2 and contains three transformers 5, 6, 7 with two primary and two secondary windings, and the keys 2 are made on transistors 8 and diodes 9, while the primary windings of each of the transformers 5, 6, 7 with two counter-connected keys 2 connected in series in opposite-parallel, and these circuits are connected in a star or delta and connected to the inputs of the frequency converter, and each extreme terminal of two groups of secondary coils connected in series approx transformers 5, 6, 7 connected to each phase output of the frequency converter via two series-connected oppositely-key 2, but the general conclusions groups of windings are connected to the zero output of the frequency converter.

Преобразователь частоты, приведенный на фиг.4, основан на схемных решениях фиг.1, 2 и содержит три трансформатора 5, 6, 7 с двумя первичными и двумя вторичными обмотками, а ключи 2 выполнены на транзисторах 8 и диодах 9, при этом первичные обмотки каждого из трансформаторов 5, 6, 7 с соединенными последовательно двумя встречно включенными ключами 2 соединены встречно-параллельно, и эти цепи соединены в звезду или треугольник и подключены к входам преобразователя частоты, а крайние выводы двух последовательно соединенных групп вторичных обмоток трансформаторов 5, 6, 7 подключены к фазным выходам преобразователя частоты через ключи 2, соединенные по схеме последовательно включенных активного выпрямителя и автономного инвертора напряжения, а общие выводы групп обмоток соединены с нулевым выходом преобразователя частоты.The frequency Converter shown in figure 4, is based on the circuit solutions of figures 1, 2 and contains three transformers 5, 6, 7 with two primary and two secondary windings, and the keys 2 are made on transistors 8 and diodes 9, while the primary windings each of the transformers 5, 6, 7 with two counter-connected keys 2 connected in series, are connected in opposite-parallel, and these circuits are connected in a star or delta and connected to the inputs of the frequency converter, and the extreme terminals of two series-connected groups of secondary windings tr nsformatorov 5, 6, 7 are connected to the phase outputs of the frequency converter through the switches 2, connected by a circuit of series-connected active rectifier and auxiliary inverter voltage, and general conclusions groups of windings are connected to the zero output of the frequency converter.

В преобразователях частоты, собранных по схемам, приведенным на фиг.2, фиг.3 и фиг.4, ключи 2 выполнены на основе транзисторов 8 и диодов 9, соединенных встречно-параллельно, а первичные обмотки трансформаторов 5, 6, 7 подключены через ключи 2 к входам преобразователя частоты по двухполупериодным схемам преобразования напряжения. В преобразователе частоты, приведенном на фиг.2, группы вторичных обмоток трансформаторов 5, 6, 7 подключены через ключи 2 к выходам преобразователя частоты по двухполупериодным схемам преобразования напряжения. В преобразователях частоты, представленных на фиг.3 и фиг.4, используются две группы вторичных обмоток трансформаторов 5, 6, 7 для формирования трех фаз выходного напряжения, при этом в преобразователе частоты выходное напряжение формируется из напряжения повышенной частоты в первом случае (фиг.3) - с помощью пар встречно-последовательно включенных ключей 2, соединяющих каждый крайний вывод групп вторичных обмоток трансформаторов 5, 6, 7 с каждым фазным выходом преобразователя частоты, а во втором случае (фиг.4) - с помощью ключей 2, соединенных по схеме активного выпрямителя и автономного инвертора напряжений, включенных последовательно. В преобразователе частоты, представленном на фиг.4, блок фильтрации 4 осуществляет коррекцию управляющих широтно-модулированных сигналов ключей 2, соединенных в автономный инвертор напряжения, а блок фазирования 3 обеспечивает синхронную работу ключей 2, соединенных в активный выпрямитель и автономный инвертор, с ключами 2 первичных обмоток трансформаторов 5, 6, 7.In frequency converters, assembled according to the circuits shown in figure 2, figure 3 and figure 4, the keys 2 are made on the basis of transistors 8 and diodes 9 connected in opposite-parallel, and the primary windings of the transformers 5, 6, 7 are connected via keys 2 to the inputs of the frequency converter according to two-half-voltage voltage conversion circuits. In the frequency converter shown in FIG. 2, the groups of secondary windings of transformers 5, 6, 7 are connected via keys 2 to the outputs of the frequency converter according to two-half-voltage voltage conversion circuits. In the frequency converters shown in Fig. 3 and Fig. 4, two groups of secondary windings of transformers 5, 6, 7 are used to form three phases of the output voltage, while in the frequency converter, the output voltage is formed from an increased frequency voltage in the first case (Fig. 3) - using pairs of on / off switches 2 connecting each extreme output of the groups of secondary windings of transformers 5, 6, 7 with each phase output of the frequency converter, and in the second case (figure 4) - using keys 2 connected by circuit of an active rectifier and an autonomous voltage inverter connected in series. In the frequency Converter shown in figure 4, the filtering unit 4 performs the correction of the control pulse-width modulated signals of the keys 2 connected to a stand-alone voltage inverter, and the phasing unit 3 provides synchronous operation of the keys 2 connected to the active rectifier and stand-alone inverter, with the keys 2 primary windings of transformers 5, 6, 7.

Гальваническая изоляция выходного напряжения от входного напряжения и увеличение пределов выходного напряжения позволяют расширить область применения преобразователя частоты, например, для привода объектов, требующих по условиям эксплуатации и техники безопасности гальванически изолированного, отличающегося от сетевого напряжения питания. Исключение дополнительных гармонических составляющих выходного напряжения повышает КПД привода, увеличивает срок службы электродвигателей. Снижение массы и габаритов преобразователя частоты уменьшает расход материалов на изготовление, затраты на транспортирование, повышает удобство при эксплуатации. Повышаются энергетические показатели за счет уменьшения потерь в реактивных элементах, дросселях и конденсаторах, которые отсутствуют в предлагаемой схеме преобразователя частоты, а также за счет возможности рекуперации энергии. Упрощение схемы, исключение дросселей, силовых конденсаторов увеличивает надежность преобразователя частоты и ресурс его работы.Galvanic isolation of the output voltage from the input voltage and increasing the limits of the output voltage can expand the scope of the frequency converter, for example, to drive objects that require operating conditions and safety precautions galvanically isolated, different from the mains supply voltage. The exclusion of additional harmonic components of the output voltage increases the efficiency of the drive, increases the service life of electric motors. Reducing the mass and dimensions of the frequency converter reduces the consumption of materials for manufacturing, transportation costs, increases ease of use. Energy indicators are increased by reducing losses in reactive elements, chokes and capacitors that are not in the proposed frequency converter circuit, as well as due to the possibility of energy recovery. Simplification of the circuit, the exclusion of chokes, power capacitors increases the reliability of the frequency converter and its service life.

Использование данного преобразователя частоты позволит исключить из частотно-регулируемого питания асинхронных электродвигателей, требующих гальванически изолированного напряжения, громоздкие и дорогостоящие трансформаторы частотой 50 Гц. Например, в электроприводе центробежных погружных насосов для добычи нефти и ручных инструментов строительной отрасли.The use of this frequency converter will allow to exclude bulky and expensive transformers with a frequency of 50 Hz from the frequency-controlled power supply of asynchronous electric motors requiring galvanically isolated voltage. For example, in the electric drive of centrifugal submersible pumps for oil production and hand tools in the construction industry.

Claims (4)

1. Преобразователь частоты, содержащий блок управления и группы параллельно соединенных пар последовательно включенных ключей, отличающийся тем, что в него введены блок фазирования и блок фильтрации, подключенные к входам преобразователя частоты, и трансформаторы в количестве, равном числу фаз входного напряжения, при этом одни выходы блока управления подключены через блок фазирования к управляющим входам одних ключей, другие выходы блока управления последовательно через блок фильтрации и блок фазирования подключены к управляющим входам других ключей, первичные обмотки трансформаторов подключены к входам преобразователя частоты через одни соответствующие группы ключей, собранные по мостовым схемам преобразования напряжения и объединенные в звезду или многоугольник, а вторичные обмотки разных трансформаторов соединены последовательно и крайние выводы этих групп обмоток подключены к выходам преобразователя частоты через другие соответствующие группы ключей, собранные по мостовым схемам преобразования напряжения и объединенные в звезду.1. A frequency converter containing a control unit and groups of parallel-connected pairs of series-connected keys, characterized in that a phasing unit and a filtering unit connected to the inputs of the frequency converter and transformers are introduced in it in an amount equal to the number of phases of the input voltage, while one the outputs of the control unit are connected through the phasing unit to the control inputs of some keys, the other outputs of the control unit are sequentially through the filtering unit and the phasing unit are connected to the control inputs I will give other keys, the primary windings of the transformers are connected to the inputs of the frequency converter through one corresponding group of keys assembled according to bridge voltage conversion circuits and combined into a star or polygon, and the secondary windings of different transformers are connected in series and the extreme terminals of these groups of windings are connected to the outputs of the frequency converter through other relevant groups of keys assembled by bridge voltage conversion circuits and combined into a star. 2. Преобразователь частоты, содержащий блок управления и группы последовательно включенных ключей, отличающийся тем, что в него введены блок фазирования и блок фильтрации, подключенные к входам преобразователя частоты, и трансформаторы в количестве, равном числу фаз входного напряжения, при этом одни выходы блока управления подключены через блок фазирования к управляющим входам одних ключей, другие выходы блока управления последовательно через блок фильтрации и блок фазирования подключены к управляющим входам других ключей, ключи выполнены на транзисторе и диоде, а трансформаторы - с двумя первичными и шестью вторичными обмотками, при этом первичные обмотки каждого трансформатора с соединенными последовательно двумя встречно включенными ключами соединены встречно-параллельно и эти цепи соединены в звезду или многоугольник и подключены к входам преобразователя частоты, а вторичные обмотки разных трансформаторов соединены последовательно, причем каждые две такие группы вторичных обмоток трансформаторов с соединенными последовательно двумя встречно включенными ключами соединены встречно-параллельно и эти цепи соединены в звезду и подключены к выходам преобразователя частоты.2. A frequency converter containing a control unit and groups of series-connected keys, characterized in that a phasing unit and a filtering unit connected to the inputs of the frequency converter, and transformers in an amount equal to the number of phases of the input voltage are introduced into it, with one output of the control unit connected through the phasing block to the control inputs of some keys, other outputs of the control block in series through a filtering block and a phasing block connected to the control inputs of other keys, are connected to the transistor and the diode, and the transformers are equipped with two primary and six secondary windings, while the primary windings of each transformer are connected in series with two counter-connected keys and are connected counter-parallel and these circuits are connected to a star or polygon and connected to the inputs of the frequency converter, and the secondary windings of different transformers are connected in series, and every two such groups of secondary windings of transformers with two counterclockwise connected in series to yuchami connected in antiparallel, and these circuits are connected in a star and are connected to the outputs of the frequency converter. 3. Преобразователь частоты, содержащий блок управления и группы последовательно включенных ключей, отличающийся тем, что в него введены блок фазирования и блок фильтрации, подключенные к входам преобразователя частоты, и трансформаторы в количестве, равном числу фаз входного напряжения, при этом одни выходы блока управления подключены через блок фазирования к управляющим входам одних ключей, другие выходы блока управления последовательно через блок фильтрации и блок фазирования подключены к управляющим входам других ключей, ключи выполнены на транзисторе и диоде, а трансформаторы - с двумя первичными и двумя вторичными обмотками, при этом первичные обмотки каждого трансформатора с соединенными последовательно двумя встречно включенными ключами соединены встречно-параллельно и эти цепи соединены в звезду или многоугольник и подключены к входам преобразователя частоты, а вторичные обмотки разных трансформаторов соединены последовательно, причем каждый крайний вывод этих двух последовательно соединенных групп вторичных обмоток трансформаторов подключен к каждому фазному выходу преобразователя частоты через два встречно-последовательно включенных ключа, а общие выводы групп обмоток соединены с нулевым выходом преобразователя частоты.3. A frequency converter containing a control unit and groups of series-connected keys, characterized in that a phasing unit and a filtering unit connected to the inputs of the frequency converter and transformers are introduced in it in an amount equal to the number of phases of the input voltage, while one output of the control unit connected through the phasing block to the control inputs of some keys, other outputs of the control block in series through a filtering block and a phasing block connected to the control inputs of other keys, are connected to the transistor and the diode, and the transformers are equipped with two primary and two secondary windings, while the primary windings of each transformer are connected in series with two counter-connected keys and are connected in-parallel and these circuits are connected to a star or polygon and connected to the inputs of the frequency converter, and the secondary windings of different transformers are connected in series, and each extreme terminal of these two series-connected groups of secondary transformer windings is connected to each phase output of the frequency converter through two on / off switches, and the common outputs of the winding groups are connected to the zero output of the frequency converter. 4. Преобразователь частоты, содержащий блок управления и группы последовательно включенных ключей, отличающийся тем, что в него введены блок фазирования и блок фильтрации, подключенные к входам преобразователя частоты, и трансформаторы в количестве, равном числу фаз входного напряжения, при этом одни выходы блока управления подключены через блок фазирования к управляющим входам одних ключей, другие выходы блока управления последовательно через блок фильтрации и блок фазирования подключены к управляющим входам других ключей, ключи выполнены на транзисторе и диоде, а трансформаторы - с двумя первичными и двумя вторичными обмотками, при этом первичные обмотки каждого трансформатора с соединенными последовательно двумя встречно включенными ключами соединены встречно-параллельно и эти цепи соединены в звезду или многоугольник и подключены к входам преобразователя частоты, а вторичные обмотки разных трансформаторов соединены последовательно, причем крайние выводы этих двух последовательно соединенных групп вторичных обмоток трансформаторов подключены к фазным выходам преобразователя частоты через ключи, соединенные по схеме последовательно включенных активного выпрямителя и автономного инвертора напряжения, а общие выводы групп обмоток соединены с нулевым выходом преобразователя частоты.4. A frequency converter comprising a control unit and groups of series-connected keys, characterized in that a phasing unit and a filtering unit connected to the inputs of the frequency converter and transformers are introduced into it in an amount equal to the number of phases of the input voltage, while one output of the control unit connected through the phasing block to the control inputs of some keys, other outputs of the control block in series through a filtering block and a phasing block connected to the control inputs of other keys, are connected to the transistor and the diode, and the transformers are equipped with two primary and two secondary windings, while the primary windings of each transformer are connected in series with two counter-connected keys and are connected in-parallel and these circuits are connected to a star or polygon and connected to the inputs of the frequency converter, and the secondary windings of different transformers are connected in series, and the extreme terminals of these two series-connected groups of secondary transformer windings are connected to the phase output m frequency converter through the switches connected in series-connected circuit of an active rectifier and auxiliary inverter voltage, and general conclusions groups of windings are connected to the zero output of the frequency converter.
RU2003130705/09A 2003-10-20 2003-10-20 Frequency converter (alternatives) RU2256284C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003130705/09A RU2256284C1 (en) 2003-10-20 2003-10-20 Frequency converter (alternatives)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003130705/09A RU2256284C1 (en) 2003-10-20 2003-10-20 Frequency converter (alternatives)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2256284C1 true RU2256284C1 (en) 2005-07-10

Family

ID=35838503

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003130705/09A RU2256284C1 (en) 2003-10-20 2003-10-20 Frequency converter (alternatives)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2256284C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012162237A1 (en) * 2011-05-20 2012-11-29 Enphase Energy, Inc. Resonant power conversion circuit
US9048744B2 (en) 2011-01-03 2015-06-02 Enphase Energy, Inc. Method and apparatus for resonant converter control
CN105871288A (en) * 2016-05-12 2016-08-17 钱伟 Motor magnetic circuit control efficient energy saver
US9479082B2 (en) 2011-01-04 2016-10-25 Enphase Energy, Inc. Method and apparatus for resonant power conversion

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9048744B2 (en) 2011-01-03 2015-06-02 Enphase Energy, Inc. Method and apparatus for resonant converter control
US9479082B2 (en) 2011-01-04 2016-10-25 Enphase Energy, Inc. Method and apparatus for resonant power conversion
US10141868B2 (en) 2011-01-04 2018-11-27 Enphase Energy, Inc. Method and apparatus for resonant power conversion
WO2012162237A1 (en) * 2011-05-20 2012-11-29 Enphase Energy, Inc. Resonant power conversion circuit
US8797767B2 (en) 2011-05-20 2014-08-05 Enphase Energy, Inc. Resonant power conversion circuit
US9379627B2 (en) 2011-05-20 2016-06-28 Enphase Energy, Inc. Power conversion circuit arrangements utilizing resonant alternating current linkage
CN105871288A (en) * 2016-05-12 2016-08-17 钱伟 Motor magnetic circuit control efficient energy saver

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6236580B1 (en) Modular multi-level adjustable supply with series connected active inputs
US9331595B2 (en) Multi-level inverter
Korn et al. Low output frequency operation of the modular multi-level converter
KR101769176B1 (en) Multi-level inverter system
JP5824111B2 (en) Multi-level inverter
US12021401B2 (en) Single stage charger for high voltage batteries
JP4735188B2 (en) Power converter
KR20090126993A (en) Multilevel converter consisting of building-block module having power regeneration capability
US20150016167A1 (en) Multilevel Converter
KR102266322B1 (en) Multi-level converter
RU2256284C1 (en) Frequency converter (alternatives)
EP3691107A1 (en) Inverter system
Isobe et al. Improved performance of induction motor using magnetic energy recovery switch
CA2864566A1 (en) Method and system for driving electric machines
KR20190034861A (en) Inverter system
Cheng et al. The topology analysis and compare of high-frequency power electronic transformer
RU69353U1 (en) HIGH VOLTAGE FREQUENCY CONVERTER
KR101287444B1 (en) Multi-level Inverter and Driving Method Thereof
Kasper et al. Concepts and matching power semiconductor devices for compact on-board chargers
Debnath et al. DC-Link capacitors voltage control using a multi-phase induction motor load driven by a multilevel inverter
Kumar et al. Variable Speed Induction Motor Drive Fed by 4-Level inverter and 18-Pulse Converter
RU2609770C1 (en) Guaranteed power supply device
RU2407141C1 (en) Frequency electric drive
RU2472280C1 (en) Multizone matrix frequency converter
RU2523001C2 (en) Multizone direct to alternate current converter

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20121021