RU2582654C1 - Triphase-triphase frequency converter - Google Patents

Triphase-triphase frequency converter Download PDF

Info

Publication number
RU2582654C1
RU2582654C1 RU2015105458/07A RU2015105458A RU2582654C1 RU 2582654 C1 RU2582654 C1 RU 2582654C1 RU 2015105458/07 A RU2015105458/07 A RU 2015105458/07A RU 2015105458 A RU2015105458 A RU 2015105458A RU 2582654 C1 RU2582654 C1 RU 2582654C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
input
windings
output
phase windings
Prior art date
Application number
RU2015105458/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Юльянович Сувалко
Original Assignee
Акционерное общество "Конструкторское бюро специального машиностроения"
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 Акционерное общество "Конструкторское бюро специального машиностроения" filed Critical Акционерное общество "Конструкторское бюро специального машиностроения"
Priority to RU2015105458/07A priority Critical patent/RU2582654C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2582654C1 publication Critical patent/RU2582654C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering. Frequency converter comprises input terminals of A, B, C for connection of supply mains, output terminals for connection of three-phase load, three equally made three-phase transformer (TT), each of which comprises first and second input and output three-phase windings (TW). Initial leads of phase windings of first input TW and ends of phase windings of second input TW are connected to corresponding input terminals A, B and C, and other leads of each of input TW are connected to, related to said winding, a switching element in form of a three-phase diode bridge with electronic switch in DC circuit. Phase windings of input TW that one of transformer is connected in series to input terminals A, B, C, and phase windings of input TW of two other TT are connected in series to input terminals B, C, A and C, A, B. Similar phase windings of output TW of said three-phase transformers are connected in series in three branches, which are combined in star circuit to make three-phase output.
EFFECT: technical result is possibility of increasing efficiency of frequency conversion, expansion of functional capabilities and field of use of converter.
1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в реверсивном и высокочастотном электроприводе, в автономных источниках электропитания с приводом от турбогенератора или дизель-генератора для обеспечения потребителей электроэнергией с требуемыми частотой и напряжением и в агрегатах гарантированного (бесперебойного) питания.The invention relates to electrical engineering and can be used in reversible and high-frequency electric drives, in stand-alone power supplies driven by a turbogenerator or diesel generator to provide consumers with electricity with the required frequency and voltage, and in units of guaranteed (uninterrupted) power.

Основные тенденции улучшения энергетических показателей трехфазно-трехфазных преобразователей частоты связаны с улучшением формы кривой выходного напряжения (улучшением гармонического состава выходного напряжения), в том числе и при его регулировании. Это требование актуально и для класса непосредственных преобразователей частоты (НПЧ), в которых формирование выходного напряжения осуществляется путем модуляции непосредственно из отрезков синусоид фаз питающей сети.The main trends in improving the energy performance of three-phase-three-phase frequency converters are associated with improving the shape of the output voltage curve (improving the harmonic composition of the output voltage), including when regulating it. This requirement is also relevant for the class of direct frequency converters (NFC), in which the output voltage is formed by modulating directly from the segments of the sinusoid phases of the supply network.

Наиболее эффективным способом преобразования частоты в этих НПЧ являются технические решения, в которых фазы сети подключаются к фазам нагрузки циклически через равные интервалы времени. Процесс преобразования при этом осуществляется или путем непосредственной модуляции, или за счет модуляции и демодуляции. Известны бестрансформаторные преобразователи частоты с трехфазным выходом, обеспечивающие возможность синтеза синусоидальных кривых выходного напряжения, приведенные в книге Джюджи Л., Пелли Б. Силовые полупроводниковые преобразователи частоты: Теория, характеристики, применение. Пер. с англ. - М.: Энергоатомиздат, 1983. С. 312-316. Однако известные бестрансформаторные преобразователи не обеспечивают возможности получения на выходе преобразователя напряжения, равного или выше напряжения на его входе. К их недостаткам также можно отнести существенное ухудшение гармонического состава напряжения на выходе НПЧ при регулировании напряжения.The most effective way to convert the frequencies in these low-frequency drives are technical solutions in which the phases of the network are connected to the phases of the load cyclically at regular intervals. The conversion process is carried out either by direct modulation, or by modulation and demodulation. Known transformerless frequency converters with a three-phase output, providing the possibility of synthesizing sinusoidal output voltage curves, are given in the book by Juji L., Pelly B. Power semiconductor frequency converters: Theory, characteristics, application. Per. from English - M .: Energoatomizdat, 1983.P. 312-316. However, the known transformerless converters do not provide the possibility of obtaining at the output of the converter a voltage equal to or higher than the voltage at its input. Their disadvantages can also be attributed to a significant deterioration in the harmonic composition of the voltage at the output of the NPC during voltage regulation.

Известен преобразователь m-фазной системы напряжений одной частоты в n-фазную систему напряжений другой частоты (SU 515222, H02M 5/257, H05P 7/62, 1976). Известный преобразователь содержит m-фазный трансформатор с двумя вторичными m-фазными обмотками, два m целевых ключа в виде двух неуправляемых m-фазных вентильных мостов с полностью управляемыми ключами на стороне постоянного тока, причем входы этих мостов подключены к разноименным концам двух вторичных обмоток трансформатора, а другие концы этих обмоток, принадлежащие одной и той же фазе, объединены между собой, а также mn-фазных управляемых вентильных мостов, входы каждого из nm-фазных управляемых мостов подключены к указанным точкам объединения вторичных обмоток трансформатора.A known converter of an m-phase voltage system of one frequency to an n-phase voltage system of another frequency (SU 515222, H02M 5/257, H05P 7/62, 1976). The known converter comprises an m-phase transformer with two secondary m-phase windings, two m target keys in the form of two uncontrolled m-phase valve bridges with fully controlled switches on the DC side, the inputs of these bridges being connected to the opposite ends of the two secondary windings of the transformer, and the other ends of these windings, belonging to the same phase, are interconnected, as well as mn-phase controlled valve bridges, the inputs of each of the nm-phase controlled bridges are connected to the indicated points union of the secondary windings of the transformer.

Однако известный преобразователь частоты не обеспечивает возможность получения на нагрузке напряжения с частотой, равной или больше частоты питающего напряжения.However, the known frequency converter does not provide the ability to obtain a load voltage with a frequency equal to or greater than the frequency of the supply voltage.

Для получения требуемых значений частоты (выше частоты питающей сети) и выходного напряжения на нагрузке, равного или выше напряжения питающей сети, в НПЧ используется, как правило, структура, содержащая модулятор, согласующий трансформатор и демодулятор.To obtain the required values of the frequency (higher than the frequency of the supply network) and the output voltage at the load equal to or higher than the voltage of the supply network, the NPC uses, as a rule, a structure containing a modulator, a matching transformer and a demodulator.

Известен преобразователь частоты, который кроме трехфазного согласующего трансформатора содержит входные цепи в виде трехфазной группы первичных обмоток этого трансформатора и выходные цепи, выполняющие функции регулирования напряжения и частоты, содержащих три одинаково выполненные группы трехфазных вторичных обмоток и три коммутирующие элемента, каждый в виде трехфазного диодного моста, зажимами переменного тока подключенный к одноименным фазным выводам одной из указанных групп обмоток, а зажимами постоянного тока - к силовым выводам включенного в проводящем направлении транзисторного ключа, в то время, как другие одноименные выводы каждых трех вторичных обмоток разных фаз и групп присоединены к одному из выводов трехфазной нагрузки (Тиристорные преобразователи частоты в электроприводе. Под. ред. P.C. Сарбатова. М.: Энергия, 1980. С. 280).A known frequency converter, which in addition to a three-phase matching transformer contains input circuits in the form of a three-phase group of primary windings of this transformer and output circuits that perform the functions of voltage and frequency regulation, containing three equally executed groups of three-phase secondary windings and three switching elements, each in the form of a three-phase diode bridge connected by AC clamps to the same phase terminals of one of the indicated groups of windings, and by DC clamps to power terminals odes of a transistor switch connected in the conducting direction, while other terminals of the same name of each three secondary windings of different phases and groups are connected to one of the terminals of a three-phase load (Thyristor frequency converters in an electric drive. Ed. PC Sarbatova. M .: Energy, 1980.S. 280).

Недостатком известного преобразователя частоты является низкая эффективность преобразования из-за того, что выходное напряжение содержит практически весь спектр гармонических составляющих.A disadvantage of the known frequency converter is the low conversion efficiency due to the fact that the output voltage contains almost the entire spectrum of harmonic components.

Известен однофазный мостовой преобразователь частоты по патенту RU 104401 U1 (H02P 27/18, 2011). Известный преобразователь частоты содержит оконечное устройство, включающее первую и вторую обмотки, причем оконечное устройство выполнено с возможностью подключения к электрической питающей сети через первую и вторую мостовые схемы выпрямления, содержащие электронные ключи. Мостовые схемы выпрямления выполнены каждая в виде однофазного неуправляемого моста, в диагональ которого в проводящем направлении включен электронный ключ. Причем первый ввод каждого однофазного неуправляемого моста предназначен для подключения к первому вводу электрической питающей сети. Второй ввод одного однофазного неуправляемого моста подключен к концу первой обмотки, а второй ввод другого однофазного неуправляемого моста подключен к началу второй обмотки. При этом начало первой и конец второй обмоток предназначены для подключения ко второму вводу электрической питающей сети.Known single-phase bridge frequency converter according to patent RU 104401 U1 (H02P 27/18, 2011). The known frequency converter comprises a terminal device including the first and second windings, and the terminal device is configured to be connected to the electrical supply network through the first and second bridge rectification circuits containing electronic keys. The bridge rectification schemes are each made in the form of a single-phase uncontrolled bridge, in the diagonal of which an electronic key is included in the conductive direction. Moreover, the first input of each single-phase uncontrolled bridge is designed to connect to the first input of the electrical supply network. The second input of one single-phase uncontrolled bridge is connected to the end of the first winding, and the second input of another single-phase uncontrolled bridge is connected to the beginning of the second winding. At the same time, the beginning of the first and the end of the second windings are designed to be connected to the second input of the electric supply network.

Известный однофазный мостовой преобразователь частоты может быть использован как основа для создания трехфазного преобразователя частоты, однако при этом принципиальная электрическая схема трехфазного преобразователя будет содержать девять однофазных трансформаторов и восемнадцать управляемых ключей, что усложняет преобразователь частоты и снижает его надежность и экономичность.The well-known single-phase bridge frequency converter can be used as the basis for creating a three-phase frequency converter, however, in this case, the circuit diagram of a three-phase converter will contain nine single-phase transformers and eighteen controlled keys, which complicates the frequency converter and reduces its reliability and efficiency.

Известен преобразователь частоты по патенту RU 2256284 C1 (H02M 5/297, 2005). Известный преобразователь частоты содержит блок управления и группы параллельно соединенных пар последовательно включенных ключей, а также 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. Вторичные обмотки разных трансформаторов соединены последовательно. Крайние выводы этих групп обмоток подключены к входам преобразователя частоты через другие соответствующие группы ключей, собранные по мостовым схемам преобразования напряжения и объединенные в звезду.A known frequency converter according to patent RU 2256284 C1 (H02M 5/297, 2005). The known frequency converter contains a control unit and groups of parallel-connected pairs of series-connected keys, as well as 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. In this case, some outputs of the control unit are connected through the phasing unit to the control inputs of some keys, other outputs of the control unit are sequentially through the filtering unit and the phasing unit are connected to the control inputs of other keys. The primary windings of the transformers are connected to the inputs of the frequency converter through one corresponding group of keys, assembled by bridge voltage conversion circuits and combined into a star or polygon. The secondary windings of different transformers are connected in series. The extreme terminals of these groups of windings are connected to the inputs of the frequency converter through other corresponding groups of keys, assembled by bridge voltage conversion circuits and combined into a star.

Недостатком известного решения является необходимость преобразования переменного трехфазного напряжения на входе преобразователя частоты в переменное напряжение повышенной частоты на выводах групп вторичных обмоток трансформаторов, которое далее преобразуется в трехфазное широтно-модулированное переменное напряжение на выходах преобразователя частоты. Для реализации этого преобразования используются 24 управляемых ключа. Сложный процесс преобразования, большое количество управляемых ключей и сложность схемы управления снижают надежность и экономичность устройства.A disadvantage of the known solution is the need to convert an alternating three-phase voltage at the input of a frequency converter into alternating voltage of increased frequency at the terminals of the groups of secondary windings of transformers, which is then converted into a three-phase width-modulated alternating voltage at the outputs of the frequency converter. To implement this conversion, 24 managed keys are used. The complex conversion process, the large number of managed keys and the complexity of the control circuit reduce the reliability and efficiency of the device.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков с заявляемым изобретением является трехфазно-трехфазный преобразователь частоты, приведенный в описании изобретения по патенту RU 2239274 C1 (H02M 5/297, 2004). Известный преобразователь частоты содержит трехфазную питающую сеть, трансформаторное звено с трехфазными входными и выходными обмотками и коммутирующие элементы, выполненные в виде трехфазных диодных мостов с электронными ключами в цепи постоянного тока. Для получения в первичных обмотках трансформатора трехфазного напряжения повышенной частоты входные цепи преобразователя выполнены аналогично выходным цепям, а именно с применением трех одинаково выполненных трехфазных групп первичных обмоток и трех коммутирующих элементов, каждый в виде трехфазного диодного моста с зажимами переменного тока, подключенными к одноименным выводам первичных обмоток одной из трехфазных групп, а зажимами постоянного тока - к силовым выводам включенного в проводящем направлении транзисторного ключа. При этом другие выводы каждых трех первичных обмоток фаз и групп подключены к одной из фаз питающей сети.The closest in combination of essential features with the claimed invention is a three-phase-three-phase frequency converter described in the description of the invention according to patent RU 2239274 C1 (H02M 5/297, 2004). The known frequency converter contains a three-phase supply network, a transformer unit with three-phase input and output windings, and switching elements made in the form of three-phase diode bridges with electronic switches in the DC circuit. To obtain a three-phase voltage increased frequency in the primary windings of the transformer, the input converter circuits are made similar to the output circuits, namely, using the same three-phase three-phase groups of primary windings and three switching elements, each in the form of a three-phase diode bridge with AC clamps connected to the primary terminals of the same name windings of one of the three-phase groups, and with DC clamps - to the power terminals of the transistor switch included in the conductive direction. In this case, the other conclusions of each three primary windings of phases and groups are connected to one of the phases of the supply network.

К недостаткам известного решения можно отнести необходимость реализации процессов модуляции и демодуляции при преобразовании переменного тока одной частоты на входе преобразователя частоты в трехфазный переменный ток другой частоты на его выходе. Кроме того, выходное напряжение содержит весь спектр высших гармонических составляющих. Отмеченные недостатки делают процесс преобразования неэффективным, ограничивают функциональные возможности и область использования преобразователя частоты.The disadvantages of the known solutions include the need for modulation and demodulation processes when converting alternating current of one frequency at the input of a frequency converter into three-phase alternating current of another frequency at its output. In addition, the output voltage contains the entire spectrum of higher harmonic components. The noted shortcomings make the conversion process inefficient, limit the functionality and scope of the frequency converter.

Задачей настоящего изобретения является создание трехфазно-трехфазного преобразователя частоты, обеспечивающего повышение эффективности процесса преобразования частоты, расширение функциональных возможностей и области использования преобразователя частоты.The present invention is the creation of a three-phase-three-phase frequency converter, providing increased efficiency of the frequency conversion process, expanding the functionality and scope of the frequency converter.

Указанная задача решается тем, что предложен трехфазно-трехфазный преобразователь частоты, содержащий входные зажимы A, B, C для подключения питающей сети, выходные зажимы для подключения трехфазной нагрузки, три одинаково выполненных трехфазных трансформатора, каждый из которых включает первую и вторую входные и выходную трехфазные обмотки. Начальные выводы фазных обмоток первой входной трехфазной обмотки и концы фазных обмоток второй входной трехфазной обмотки подключены к соответствующим входным зажимам A, B и C, а другие выводы каждой из входных трехфазных обмоток подключены к соответствующему этой обмотке коммутирующему элементу в виде трехфазного диодного моста с электронным ключом в цепи постоянного тока. Фазные обмотки входных трехфазных обмоток одного трехфазного трансформатора последовательно подключены к входным зажимам A, B, C, а фазные обмотки входных трехфазных обмоток двух других трехфазных трансформаторов последовательно подключены соответственно к входным зажимам B, C, A и C, A, B. Одноименные фазные обмотки выходных трехфазных обмоток упомянутых трехфазных трансформаторов соединены последовательно в три ветви, которые объединены в схему звезда и образуют трехфазный выход.This problem is solved by the fact that a three-phase-three-phase frequency converter is proposed, containing input terminals A, B, C for connecting the mains, output terminals for connecting a three-phase load, three equally made three-phase transformers, each of which includes the first and second input and output three-phase windings. The initial terminals of the phase windings of the first input three-phase winding and the ends of the phase windings of the second input three-phase winding are connected to the corresponding input terminals A, B and C, and the other terminals of each of the input three-phase windings are connected to the corresponding switching element in the form of a three-phase diode bridge with an electronic key in a direct current circuit. The phase windings of the input three-phase windings of one three-phase transformer are connected in series to the input terminals A, B, C, and the phase windings of the input three-phase windings of two other three-phase transformers are connected in series to the input terminals B, C, A and C, A, B. Phase windings of the same name the output three-phase windings of said three-phase transformers are connected in series in three branches, which are combined in a star circuit and form a three-phase output.

Технический результат использования изобретения состоит в том, что оно обеспечивает возможность создания трехфазно-трехфазного преобразователя частоты, позволяющего повысить эффективность процесса преобразования частоты и расширить эксплуатационные возможности и область использования преобразователя.The technical result of the use of the invention is that it provides the ability to create a three-phase-three-phase frequency converter, which allows to increase the efficiency of the frequency conversion process and to expand the operational capabilities and scope of the converter.

На фиг. 1 представлена схема заявляемого преобразователя частоты; на фиг. 2 - диаграммы формирования напряжения на выходе преобразователя частоты; на фиг. 3 - диаграммы формирования напряжения на выходе преобразователя частоты при регулировании выходного напряжения; на фиг. 4 - то же. На диаграммах: UA1 - напряжение, формируемое на фазных обмотках 23, 26 входных обмоток 14, 15 трехфазного трансформатора 2; UB1 - напряжение, формируемое на фазных обмотках 32, 35 входных обмоток 17, 18 трехфазного трансформатора 3; UC1 - напряжение, формируемое на фазных обмотках 41, 44 входных обмоток 20, 21 трехфазного трансформатора 4; Ua(62) - суммарное фазное напряжение, формируемое на последовательно соединенных фазных обмотках 29, 38, 47 выходных обмоток 16, 19, 22 трехфазных трансформаторов 2-4, прикладываемое к нагрузке 62; ω - круговая частота; t - время; 56-61 - интервалы включения соответствующих электронных ключей.In FIG. 1 presents a diagram of the inventive frequency converter; in FIG. 2 is a diagram of voltage generation at the output of a frequency converter; in FIG. 3 - diagrams of the voltage formation at the output of the frequency converter when regulating the output voltage; in FIG. 4 is the same. In the diagrams: U A1 is the voltage generated on the phase windings 23, 26 of the input windings 14, 15 of the three-phase transformer 2; U B1 is the voltage generated on the phase windings 32, 35 of the input windings 17, 18 of the three-phase transformer 3; U C1 is the voltage generated on the phase windings 41, 44 of the input windings 20, 21 of the three-phase transformer 4; U a (62) is the total phase voltage generated on the series-connected phase windings 29, 38, 47 of the output windings 16, 19, 22 of three-phase transformers 2-4, applied to the load 62; ω is the circular frequency; t is the time; 56-61 - intervals of inclusion of the corresponding electronic keys.

Преобразователь частоты содержит входные зажимы A, B, C для подключения питающей сети 1, выходные зажимы a, b, c для подключения трехфазной нагрузки, три одинаково выполненных трехфазных трансформатора 2-4 с магнитопроводами 5-7, 8-10 и 11-13 соответственно. На трехфазном трансформаторе 2 расположены входные трехфазные обмотки 14, 15 и выходная трехфазная обмотка 16. На трехфазном трансформаторе 3 расположены входные трехфазные обмотки 17, 18 и выходная трехфазная обмотка 19. На трехфазном трансформаторе 4 расположены входные трехфазные обмотки 20, 21 и выходная трехфазная обмотка 22. Упомянутые входные и выходные трехфазные обмотки включают фазные обмотки 23-49. Начальные выводы фазных обмоток 23-25, 32-34 и 41-43, а также концы фазных обмоток 26-28, 35-37 и 44-46 подключены к соответствующим входным зажимам A, B и C. При этом фазные обмотки 23, 26, 34, 37 и 42, 45 подключены к входному зажиму A. Фазные обмотки 24, 27, 32, 35 и 43, 46 подключены к входному зажиму B. Фазные обмотки 25, 28, 33, 36 и 41, 44 подключены к входному зажиму C. Другие выводы упомянутых фазных обмоток трехфазных входных обмоток 14, 17 и 20 подключены к переменным входам соответствующих коммутирующих элементов 50-55, каждый из которых выполнен в виде трехфазного диодного моста с электронным ключом (56-61) в цепи постоянного тока. Магнитопроводы 5, 8, 11 и фазные обмотки 23, 26, 32,35, 41, 44 относятся к фазе A, магнитопроводы 6, 9, 12 и фазные обмотки 24, 27, 33, 36, 42, 45 относятся к фазе B, магнитопроводы 7,10,13 и фазные обмотки 25,28, 34, 37,43,46 - к фазе C.The frequency converter contains input terminals A, B, C for connecting the supply network 1, output terminals a, b, c for connecting a three-phase load, three equally made three-phase transformers 2-4 with magnetic circuits 5-7, 8-10 and 11-13, respectively . Input three-phase windings 14, 15 and output three-phase winding 16 are located on three-phase transformer 2. Input three-phase windings 17, 18 and output three-phase winding 19 are located on three-phase transformer 3. Input three-phase windings 20, 21 and output three-phase winding 22 are located on three-phase transformer 4 The mentioned input and output three-phase windings include phase windings 23-49. The initial terminals of the phase windings 23-25, 32-34 and 41-43, as well as the ends of the phase windings 26-28, 35-37 and 44-46 are connected to the corresponding input terminals A, B and C. In this case, the phase windings 23, 26 , 34, 37 and 42, 45 are connected to the input terminal A. Phase windings 24, 27, 32, 35 and 43, 46 are connected to the input terminal B. Phase windings 25, 28, 33, 36 and 41, 44 are connected to the input terminal C. Other outputs of the mentioned phase windings of the three-phase input windings 14, 17 and 20 are connected to the variable inputs of the corresponding switching elements 50-55, each of which is made in the form of a three-phase diode bridge with e ics key (56-61) in the DC circuit. Magnetic cores 5, 8, 11 and phase windings 23, 26, 32,35, 41, 44 belong to phase A, magnetic cores 6, 9, 12 and phase windings 24, 27, 33, 36, 42, 45 belong to phase B, magnetic circuits 7,10,13 and phase windings 25,28, 34, 37,43,46 - to phase C.

Фазные обмотки 16, 19, 22, фазные обмотки 29, 39, 48 и фазные обмотки 31, 40 49 (т.е. одноименные обмотки) выходных трехфазных обмоток 16, 19 и 22 трехфазных трансформаторов 2-4 соединены последовательно в три ветви, которые объединены в схему звезда и образуют трехфазный выход.Phase windings 16, 19, 22, phase windings 29, 39, 48 and phase windings 31, 40 49 (i.e. the same windings) of the output three-phase windings 16, 19 and 22 of three-phase transformers 2-4 are connected in series in three branches, which combined in a star circuit and form a three-phase output.

Трехфазно-трехфазный преобразователь частоты работает следующим образом.Three-phase-three-phase frequency converter operates as follows.

Преобразование трехфазного переменного тока в преобразователе частоты основано на принципе трехполосной модуляции, в котором модулирующая функция формирования выходной частоты и выходного напряжения в каждой фазе нагрузки реализуется путем циклических подключений входных трехфазных обмоток 14, 15, 17, 18, 20, 21 трехфазных трансформаторов 2-4 к трехфазной питающей сети 1 через равные интервалы времени одновременно по трем фазам по круговой диаграмме, а их отключение осуществляется в пределах прямой и обратной полуволн фаз входного трехфазного напряжения.The conversion of three-phase alternating current in a frequency converter is based on the principle of three-band modulation, in which the modulating function of generating the output frequency and output voltage in each phase of the load is realized by cyclic connections of input three-phase windings 14, 15, 17, 18, 20, 21 of three-phase transformers 2-4 to a three-phase supply network 1 at equal intervals of time simultaneously in three phases in a pie chart, and they are disconnected within the direct and reverse half-waves of the input three-phase phases on voltage.

В преобразователе частоты частота выходного переменного тока определяется выражением fвых=f1-fc, где fc - частота сети трехфазного переменного тока, f1 - частота следования управляющих импульсов, поступающих от блока управления (на чертеже не показано) на ключи 56, 57, 58, 59, 60, 61.In the frequency converter, the frequency of the output alternating current is determined by the expression f o = f 1 -f c , where f c is the frequency of the three-phase alternating current network, f 1 is the repetition rate of the control pulses from the control unit (not shown) to the keys 56, 57, 58, 59, 60, 61.

Таким образом, если необходимо на выходе преобразователя частоты получить частоту 50 Гц, то частота следования управляющих импульсов на ключи 56-61 должна составлять 100 Гц. Если необходимо получить на выходе 400 Гц, то частота управления ключами 56-61 должна быть равной 450 Гц. При равенстве частот управления и сети на выходе будет формироваться постоянный ток. Если частота управления f1 будет меньше fc, то в выходном напряжении изменится порядок чередования фаз, а частота будет равна fвых=fc-f1.Thus, if it is necessary to obtain a frequency of 50 Hz at the output of the frequency converter, then the repetition rate of the control pulses to the keys 56-61 should be 100 Hz. If it is necessary to obtain 400 Hz at the output, then the key control frequency 56-61 should be equal to 450 Hz. If the control frequencies and the network are equal, a direct current will be generated at the output. If the control frequency f 1 is less than f c , then the phase rotation order will change in the output voltage, and the frequency will be f out = f c -f 1 .

Например, если f1=40 Гц, то на выходе получим частоту 10 Гц. Таким образом, если в качестве нагрузки 62-64 (фиг. 1) будут, например, фазные обмотки электродвигателя переменного тока с короткозамкнутым ротором, то будет обеспечиваться регулирование его скорости вверх и вниз от синхронной, обеспечиваться его реверс, а также - его вращение в другую сторону в диапазоне от нуля до скорости, близкой к синхронной.For example, if f 1 = 40 Hz, then the output will receive a frequency of 10 Hz. Thus, if the load 62-64 (Fig. 1) is, for example, the phase windings of an alternating current motor with a squirrel-cage rotor, then its speed will be controlled up and down from the synchronous one, its reverse will be ensured, as well as its rotation in the other side in the range from zero to a speed close to synchronous.

Амплитуда напряжения в фазах нагрузки в преобразователе частоты является суммой напряжений, формируемых на всех трех фазных выходных обмотках трехфазных трансформаторов 2-4. Так для фазы нагрузки 62 оно будет суммой напряжений, формируемых обмотками 16, 19, 22. Аналогично для фаз нагрузок 63 и 64 выходное напряжение будет суммой напряжений, формируемых обмотками 30, 39, 48 и 31, 40, 49 соответственно.The voltage amplitude in the phases of the load in the frequency converter is the sum of the voltages generated on all three phase output windings of three-phase transformers 2-4. So for the load phase 62 it will be the sum of the voltages generated by the windings 16, 19, 22. Similarly for the phases of the loads 63 and 64, the output voltage will be the sum of the voltages generated by the windings 30, 39, 48 and 31, 40, 49, respectively.

Количество импульсов «n» в выходном фазном напряжении в течение периода для каждой частоты определяется выражением:The number of pulses "n" in the output phase voltage during the period for each frequency is determined by the expression:

Figure 00000001
Figure 00000001

где m - количество входных трехфазных обмоток.where m is the number of input three-phase windings.

Величина входного фазного напряжения в пределах каждого импульса является арифметической суммой величин напряжений трех импульсов, формируемых относящимися к данной фазе входными фазными обмотками трех трансформаторов.The magnitude of the input phase voltage within each pulse is the arithmetic sum of the voltage values of the three pulses generated by the input phase windings of the three transformers related to this phase.

Плавное регулирование амплитуды напряжений в фазах нагрузки в преобразователе частоты осуществляется за счет изменения продолжительности включенного состояния электронных ключей 56-61 (транзисторов или тиристоров).Smooth regulation of the amplitude of the voltage in the phases of the load in the frequency converter is carried out by changing the duration of the on state of electronic switches 56-61 (transistors or thyristors).

На фиг. 2 показана диаграмма формирования напряжения в фазе A (UA) нагрузки 62 при включенном состоянии ключей 56-61 в течение 90° (по круговой диаграмме). На фиг. 3 - то же при включенном состоянии ключей 56-61 в течение 60° (по круговой диаграмме) и на фиг. 4 - то же при включенном состоянии ключей 56-61 в течение 30°.In FIG. 2 shows a voltage generation diagram in phase A (U A ) of the load 62 when the keys 56-61 are on for 90 ° (in a pie chart). In FIG. 3 - the same when the keys 56-61 are turned on for 60 ° (in a pie chart) and in FIG. 4 - the same when the keys 56-61 are on for 30 °.

Из диаграмм фиг. 2-4 видно, что форма выходного напряжения при его регулировании в преобразователе частоты остается неизменной. Анализ этой формы кривой показывает, что в ней отсутствуют 5-ая и 7-ая гармонические составляющие, что обеспечивает преобразователю частоты высокие энергетические показатели.From the diagrams of FIG. 2-4 it is seen that the shape of the output voltage when it is regulated in the frequency converter remains unchanged. An analysis of this shape of the curve shows that it lacks the 5th and 7th harmonic components, which provides the frequency converter with high energy performance.

Простота управления, широкий и плавный диапазон регулирования частоты и напряжения на нагрузке (с сохранением неизменной формы кривой напряжения на диаграмме), возможность обмена энергией между нагрузкой и питающей сетью обеспечивают преобразователю частоты возможность использования в различных областях: в реверсивном электроприводе, высокочастотном электроприводе, в высокочастотных источниках электропитания, в автономных источниках электропитания с приводом от турбогенератора или дизель-генератора для обеспечения потребителей электроэнергией с требуемыми частотой и напряжением.Ease of control, a wide and smooth range of frequency and voltage regulation on the load (while maintaining the unchanged shape of the voltage curve in the diagram), the ability to exchange energy between the load and the mains supply the frequency converter can be used in various fields: in a reversible electric drive, high-frequency electric drive, in high-frequency power supplies, in stand-alone power supplies driven by a turbogenerator or diesel generator to provide consumers lektroenergiey with the required frequency and voltage.

Таким образом, благодаря особенности исполнения трехфазно-трехфазного преобразователя частоты изобретение обеспечивает возможность повышения эффективности процесса преобразования частоты, расширение функциональных возможностей и области использования преобразователя частоты.Thus, due to the design features of a three-phase-three-phase frequency converter, the invention provides the possibility of increasing the efficiency of the frequency conversion process, expanding the functionality and scope of the frequency converter.

Claims (1)

Трехфазно-трехфазный преобразователь частоты, содержащий входные зажимы А, В, С для подключения питающей сети, выходные зажимы для подключения трехфазной нагрузки, три одинаково выполненных трехфазных трансформатора, каждый из которых включает первую и вторую входные и выходную трехфазные обмотки, причем начальные выводы фазных обмоток первой входной трехфазной обмотки и концы фазных обмоток второй входной трехфазной обмотки подключены к соответствующим входным зажимам А, В и С, а другие выводы каждой из входных трехфазных обмоток подключены к соответствующему этой обмотке коммутирующему элементу в виде трехфазного диодного моста с электронным ключом в цепи постоянного тока, причем фазные обмотки входных трехфазных обмоток одного трехфазного трансформатора последовательно подключены к входным зажимам А, В, С, а фазные обмотки входных трехфазных обмоток двух других трехфазных трансформаторов последовательно подключены соответственно к входным зажимам В, С, А и С, А, В, при этом одноименные фазные обмотки выходных трехфазных обмоток упомянутых трехфазных трансформаторов соединены последовательно в три ветви, которые объединены в схему звезда и образуют трехфазный выход. A three-phase-three-phase frequency converter containing input terminals A, B, C for connecting the mains, output terminals for connecting a three-phase load, three equally made three-phase transformers, each of which includes the first and second input and output three-phase windings, and the initial conclusions of the phase windings the first input three-phase winding and the ends of the phase windings of the second input three-phase winding are connected to the corresponding input terminals A, B and C, and the other terminals of each of the input three-phase windings under are connected to a switching element corresponding to this winding in the form of a three-phase diode bridge with an electronic key in a DC circuit, and the phase windings of the input three-phase windings of one three-phase transformer are connected in series to the input terminals A, B, C, and the phase windings of the input three-phase windings of two other three-phase transformers sequentially connected to the input terminals B, C, A and C, A, B, respectively, while the same phase windings of the output three-phase windings of the three-phase transform tori connected in series in three branches, which are combined in a star circuit and form a three-phase output.
RU2015105458/07A 2015-02-17 2015-02-17 Triphase-triphase frequency converter RU2582654C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015105458/07A RU2582654C1 (en) 2015-02-17 2015-02-17 Triphase-triphase frequency converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015105458/07A RU2582654C1 (en) 2015-02-17 2015-02-17 Triphase-triphase frequency converter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2582654C1 true RU2582654C1 (en) 2016-04-27

Family

ID=55794575

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015105458/07A RU2582654C1 (en) 2015-02-17 2015-02-17 Triphase-triphase frequency converter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2582654C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2691968C1 (en) * 2018-06-26 2019-06-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волжский государственный университет водного транспорта" (ФГБОУ ВО ВГУВТ) Transformer-free direct frequency converter
RU2784879C1 (en) * 2021-11-26 2022-11-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волжский государственный университет водного транспорта" (ФГБОУ ВО ВГУВТ) Direct frequency and voltage converter

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006000111A1 (en) * 2004-06-23 2006-01-05 Abb Schweiz Ag Low harmonic multiphase converter circuit
RU2303851C1 (en) * 2005-11-03 2007-07-27 Аркадий Петрович Стригулин Multilevel static frequency converter for feeding induction and synchronous motors
RU103254U1 (en) * 2010-11-26 2011-03-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ(ТУ)") FREQUENCY CONVERTER (OPTIONS)

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006000111A1 (en) * 2004-06-23 2006-01-05 Abb Schweiz Ag Low harmonic multiphase converter circuit
RU2303851C1 (en) * 2005-11-03 2007-07-27 Аркадий Петрович Стригулин Multilevel static frequency converter for feeding induction and synchronous motors
RU103254U1 (en) * 2010-11-26 2011-03-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ(ТУ)") FREQUENCY CONVERTER (OPTIONS)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2691968C1 (en) * 2018-06-26 2019-06-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волжский государственный университет водного транспорта" (ФГБОУ ВО ВГУВТ) Transformer-free direct frequency converter
RU2784879C1 (en) * 2021-11-26 2022-11-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волжский государственный университет водного транспорта" (ФГБОУ ВО ВГУВТ) Direct frequency and voltage converter
RU2787121C1 (en) * 2022-07-22 2022-12-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волжский государственный университет водного транспорта" (ФГБОУ ВО ВГУВТ) Direct frequency converter without transformer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5824111B2 (en) Multi-level inverter
Taib et al. Performance and efficiency control enhancement of wind power generation system based on DFIG using three-level sparse matrix converter
Xu et al. A medium voltage AC drive with parallel current source inverters for high power applications
US20080247211A1 (en) Active generator control sequence
Ansari et al. Simulation based comprehensive analysis of direct and indirect matrix converter fed asynchronous motor drive
RU2582654C1 (en) Triphase-triphase frequency converter
Nøland et al. Evaluation of different power electronic interfaces for control of a rotating brushless PM exciter
AbdelRahim et al. Space vector PWM for a five to three matrix converter
Darbali-Zamora et al. Single phase induction motor alternate start-up and speed control method for renewable energy applications
RU2622898C1 (en) System for generating electric energy of three-phase alternating current
Hareesh et al. A novel three phase infinite level inverter (TILI) topology for induction motor drive application
RU2581629C1 (en) Frequency electric drive
RU2691635C2 (en) Double-channel frequency conversion method
RU2256284C1 (en) Frequency converter (alternatives)
RU2507670C2 (en) System of generation of electric energy of three-phase alternating current
Reddy et al. Advanced modulating techniques for diode clamped multilevel inverter fed induction motor
RU2239274C1 (en) Three-phase to-three-phase converter provided with increased frequency transformer member
RU2521419C2 (en) High-voltage three-phase alternating current generating system
RU2472280C1 (en) Multizone matrix frequency converter
RU2691623C2 (en) Method of two-channel direct conversion of frequency
RU2505918C2 (en) High-voltage frequency-controlled electric drive
Islam et al. Design and Implementation of a Matrix Converter Using Direct IGBT Switching Method
RU2749281C1 (en) Three-phase static frequency converter with direct coupling
RU2702761C2 (en) Low-vibration frequency-controlled electric drive and method of controlling said electric drive
Lazim et al. Multi-phase current source cycloconverter using discrete amplitude modulation technique

Legal Events

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

Effective date: 20180218