RU2705586C1 - Three-phase static frequency converter with direct coupling - Google Patents

Three-phase static frequency converter with direct coupling Download PDF

Info

Publication number
RU2705586C1
RU2705586C1 RU2019106413A RU2019106413A RU2705586C1 RU 2705586 C1 RU2705586 C1 RU 2705586C1 RU 2019106413 A RU2019106413 A RU 2019106413A RU 2019106413 A RU2019106413 A RU 2019106413A RU 2705586 C1 RU2705586 C1 RU 2705586C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
transformer
primary
frequency
primary winding
Prior art date
Application number
RU2019106413A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Павлович Старцев
Сергей Александрович Старцев
Original Assignee
Александр Павлович Старцев
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 Александр Павлович Старцев filed Critical Александр Павлович Старцев
Priority to RU2019106413A priority Critical patent/RU2705586C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2705586C1 publication Critical patent/RU2705586C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/12—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac
    • G05F1/14—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac using tap transformers or tap changing inductors as final control devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/22—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M5/275—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/297—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal for conversion of frequency
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P13/00—Arrangements for controlling transformers, reactors or choke coils, for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P13/06—Arrangements for controlling transformers, reactors or choke coils, for the purpose of obtaining a desired output by tap-changing; by rearranging interconnections of windings

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering, in particular, to three-phase static converters of AC voltage at the input of alternating voltage at the output for frequency change without intermediate conversion and can be used to convert low-frequency alternating voltage into high-frequency alternating voltage. Three-phase static frequency converter with direct coupling comprises control unit, three-phase voltage transformer with primary and secondary windings. Primary winding of each phase A, B, C is made with three additional leads, dividing it into four sections with identical number of turns. Beginning of the primary winding of each phase is connected to the end of the primary winding of the same phase. Semiconductor switches are connected to a three-phase power supply. Each phase of power supply source E, E, Eis connected to four semiconductor switches: two switches connected to phase Epower source are connected to first and third leads of transformer phase A primary winding, and two switches connected to phase Epower source are connected to the second and fourth leads of the transformer phase A primary winding, two switches connected to the Ephase power supply are connected to the first and third outputs of the transformer phase B primary winding, and two switches connected to phase Epower source are connected to the second and fourth terminals of the transformer phase B primary winding, two switches connected to the Ephase power source are connected to first and third leads of transformer phase C primary winding, and two switches connected to phase Epower source are connected to the second and fourth leads of the transformer phase C primary winding. Switching frequency of each of switches connected to first leads of primary windings of transformer phases, and the switching frequency of each of the switches connected to the transformer primary windings third terminals is twice as different from the switching frequency of each of the switches connected to the transformer primary windings second terminals, and switching frequency of each of switches connected to fourth outputs of primary windings of transformer phases. Shift angle between the start-up of switches switching at the same frequency makes one third switching period of one switch switching with that frequency.EFFECT: possibility of converting a three-phase alternating voltage system of low frequency to a three-phase alternating voltage system of high frequency without intermediate conversion.1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к трехфазным статическим преобразователям переменного напряжения на входе в переменное напряжение на выходе для изменения частоты без промежуточного преобразования и может быть использовано для преобразования переменного напряжения низкой частоты в переменное напряжение высокой частоты.The invention relates to electrical engineering, in particular to three-phase static converters of alternating voltage at the input of alternating voltage at the output to change the frequency without intermediate conversion and can be used to convert alternating voltage of low frequency to alternating voltage of high frequency.

Известны трехфазные статические преобразователи, преобразующие постоянное напряжение на входе в трехфазное переменное напряжение на выходе (Глазенко Т.А., Гончаренко Р.Б. Полупроводниковые преобразователи частоты в электроприводах. Энергия, Л., 1969).Known three-phase static converters that convert a constant voltage at the input to a three-phase alternating voltage at the output (Glazenko TA, Goncharenko RB Semiconductor frequency converters in electric drives. Energy, L., 1969).

Недостатком известных трехфазных преобразователей является невозможность преобразования переменного напряжения низкой частоты на входе в переменное напряжение высокой частоты на выходе без промежуточного преобразования.A disadvantage of the known three-phase converters is the impossibility of converting an alternating voltage of a low frequency at the input to an alternating voltage of a high frequency at the output without an intermediate conversion.

Известен однофазный статический преобразователь переменного напряжения в переменное с непосредственной связью (патент на изобретение RU 2655674 H02M 5/02, H02M 5/04, 2018), принятый по совокупности существенных признаков в качестве ближайшего аналога. В известном преобразователе частоты, содержащем четыре полупроводниковых ключа, два из которых соединены с одним полюсом источника напряжения, а два других с другим полюсом источника напряжения, блок управления ключами, трансформатор напряжения, содержащий первичную обмотку и вторичную обмотку. Первичная обмотка трансформатора выполнена с тремя выводами, делящими ее на четыре секции с одинаковым числом витков. Начало первичной обмотки соединено с концом первичной обмотки, два полупроводниковых ключа от одного полюса источника напряжения соединены с первым и третьим выводами первичной обмотки, а два других полупроводниковых ключа от другого полюса источника напряжения соединены с началом и вторым выводом первичной обмотки. Частота переключения ключей, соединенных с одним полюсом источника напряжения, в два раза выше частоты переключения ключей, соединенных с другим источником напряжения.Known single-phase static AC to AC converter with direct coupling (patent for invention RU 2655674 H02M 5/02, H02M 5/04, 2018), adopted by the combination of essential features as the closest analogue. In the known frequency converter containing four semiconductor switches, two of which are connected to one pole of the voltage source, and two others to the other pole of the voltage source, a key management unit, a voltage transformer containing a primary winding and a secondary winding. The primary winding of the transformer is made with three leads dividing it into four sections with the same number of turns. The beginning of the primary winding is connected to the end of the primary winding, two semiconductor keys from one pole of the voltage source are connected to the first and third terminals of the primary winding, and two other semiconductor keys from the other pole of the voltage source are connected to the beginning and second terminal of the primary winding. The switching frequency of the keys connected to one pole of the voltage source is two times higher than the switching frequency of the keys connected to another voltage source.

Недостатком известного преобразователя является невозможность преобразования системы трехфазного переменного напряжения низкой частоты в систему трехфазных выходных напряжений высокой частоты. A disadvantage of the known converter is the inability to convert a system of a three-phase AC voltage of a low frequency into a system of a three-phase output voltage of a high frequency.

Техническим результатом заявляемого изобретения является возможность преобразования системы трехфазного переменного напряжения низкой частоты в систему трехфазного переменного напряжения высокой частоты без промежуточного преобразования.The technical result of the claimed invention is the ability to convert a three-phase AC voltage of a low frequency into a three-phase AC voltage of a high frequency without intermediate conversion.

Технический результат достигается тем, что в трехфазном статическом преобразователе частоты с непосредственной связью, содержащем блок управления, трансформатор напряжения, полупроводниковые ключи, согласно изобретению, трансформатор включает три фазы А, В, С с первичными и вторичными обмотками, первичная обмотка каждой фазы выполнена с тремя дополнительными выводами, делящими ее на четыре секции с одинаковым числом витков, причем начало первичной обмотки каждой фазы соединено с концом первичной обмотки одноименной фазы, полупроводниковые ключи связаны с трехфазным источником питания, каждая фаза источника питания ЕА, ЕВ, ЕС, связана с четырьмя полупроводниковыми ключами, при этом два ключа, связанных с фазой ЕА источника питания, связаны с первым и третьим выводами первичной обмотки фазы А трансформатора, а два ключа, связанных с фазой ЕВ источника питания, связаны со вторым и четвертым выводами первичной обмотки фазы А трансформатора, два ключа, связанных с фазой ЕВ источника питания, связаны с первым и третьим выводами первичной обмотки фазы В трансформатора, а два ключа, связанных с фазой ЕС источника питания, связаны со вторым и четвертым выводами первичной обмотки фазы В трансформатора, два ключа, связанных с фазой ЕС источника питания, связаны с первым и третьим выводами первичной обмотки фазы С трансформатора, а два ключа, связанных с фазой ЕА источника питания, связаны со вторым и четвертым выводами первичной обмотки фазы С трансформатора, при этом частота переключения каждого из ключей, связанных с первыми выводами первичных обмоток фаз трансформатора и частота переключения каждого из ключей, связанных с третьими выводами первичных обмоток фаз трансформатора в два раза отличается от частоты переключения каждого из ключей, связанных со вторыми выводами первичных обмоток фаз трансформатора и частоты переключения каждого из ключей, связанных с четвертыми выводами первичных обмоток фаз трансформатора, угол сдвига между началом включения ключей, переключающихся с одинаковой частотой, составляет одну третью периода переключения одного ключа, переключающегося с этой частотой.The technical result is achieved in that in a three-phase static frequency converter with direct coupling comprising a control unit, a voltage transformer, semiconductor switches, according to the invention, the transformer includes three phases A, B, C with primary and secondary windings, the primary winding of each phase is made with three additional conclusions dividing it into four sections with the same number of turns, with the beginning of the primary winding of each phase connected to the end of the primary winding of the same phase, semiconductor kovye keys associated with three-phase power source, each power supply phase E A, E B, E C, associated with the four semiconductor switches, the two switches associated with a phase E A power source connected to the first and third terminals of the primary phase A winding transformer, and two keys associated with the power supply phase E B connected to the second and fourth terminals of the primary phase A winding of the transformer, two keys connected to the power supply phase E B connected to the first and third terminals of the primary phase B transformer, and two keys associated with the power supply phase E C are connected to the second and fourth terminals of the primary winding of the transformer phase B, two keys associated with the power supply phase E C are connected to the first and third terminals of the primary winding of the transformer phase C, and two keys, associated with the phase a power supply E, linked to a second primary phase winding and fourth terminals of the transformer C, the switching frequency of each of the keys associated with the first terminals of the primary windings of the transformer and the phase switching frequency of each of the k the voltage associated with the third terminals of the primary windings of the transformer phases is two times different from the switching frequency of each of the keys associated with the second terminals of the primary windings of the phases of the transformer and the switching frequency of each of the keys associated with the fourth terminals of the primary windings of the transformer phases, the angle of shift between the start keys switching with the same frequency is one third of the switching period of one key switching with this frequency.

Технический результат обеспечивается за счет схемы подключения полупроводниковых ключей к фазам источника питания ЕА, ЕВ, ЕС и первичным обмоткам фаз А, В, С трансформатора напряжения, разделенным тремя дополнительными выводами на четыре секции с равным количеством витков, и алгоритма переключения ключей, задаваемого блоком управления, а также за счет соединения начала первичной обмотки трансформатора напряжения в каждой фазе с ее концом. The technical result is ensured by the connection scheme of the semiconductor switches to the phases of the power source E A , E B , E C and the primary windings of the phases A, B, C of the voltage transformer, divided by three additional leads into four sections with an equal number of turns, and an algorithm for switching keys, set by the control unit, as well as by connecting the beginning of the primary winding of the voltage transformer in each phase with its end.

Соединение начала первичной обмотки трансформатора напряжения в каждой фазе с ее концом позволяет исключить возникновение короткого замыкания в момент переключения полупроводниковых ключей.The connection of the beginning of the primary winding of the voltage transformer in each phase with its end eliminates the occurrence of a short circuit at the time of switching semiconductor switches.

Задаваемый блоком управления алгоритм переключения ключей, при котором частота переключения одной пары ключей, подключающихся к первому и третьему выводам первичной обмотки в каждой фазе трансформатора напряжения, в два раза выше частоты переключения другой пары ключей, подключающихся ко второму и четвертому выводам первичной обмотки в каждой фазе трансформатора напряжения, кроме того, включение полупроводниковых ключей, переключающихся с одинаковой частотой, с углом сдвига, составляющим 1/3 соответствующего периода переключения одного ключа, обеспечивает постоянно замкнутую электрическую цепь и круговое вращающееся электрическое поле высокой частоты. Таким образом, на выходе обеспечивается трехфазное переменное напряжение высокой частоты без промежуточного преобразования.The key switching algorithm specified by the control unit, in which the switching frequency of one key pair connected to the first and third terminals of the primary winding in each phase of the voltage transformer is two times higher than the switching frequency of another pair of keys connected to the second and fourth terminals of the primary winding in each phase voltage transformer, in addition, the inclusion of semiconductor switches switching with the same frequency, with a shift angle of 1/3 of the corresponding switching period of one th key provides constantly closed electrical circuit, and a circular rotating electric high-frequency field. Thus, the output provides a three-phase alternating voltage of high frequency without intermediate conversion.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема предлагаемого преобразователя.In FIG. 1 shows a schematic diagram of the proposed Converter.

На фиг. 2 приведен вид напряжения на обмотках трансформатора и нагрузках, соответствующий алгоритму работы ключей, задаваемому блоком управления, с частотой источника питания ниже частоты преобразователя.In FIG. Figure 2 shows the type of voltage on the transformer windings and the loads corresponding to the key operation algorithm specified by the control unit, with the frequency of the power source lower than the frequency of the converter.

Трехфазный статический преобразователь частоты с непосредственной связью содержит блок управления БУ, трехфазный трансформатор, включающий первичную и вторичную обмотки в каждой фазе А, В, С и полупроводниковые ключи, связанные с трехфазным источником питания: четыре полупроводниковых ключа в каждой фазе: 1А, 2А, 3А, и 4А; 1В, 2В, 3В, и 4В; 1С, 2С, 3С и 4С. Первичная обмотка каждой фазы трансформатора напряжения включает выводы 1, 2, 3, 4. Выводы 2, 3, 4 делят каждую первичную обмотку на четыре секции a, b, c, d, имеющие одинаковое число витков. Причем начало первичной обмотки соединено с концом первичной обмотки одноименной фазы. К вторичным обмоткам трансформатора подключена нагрузка Zна, Zнв. Zнс.A direct-coupled three-phase static frequency converter contains a control unit, a three-phase transformer, including primary and secondary windings in each phase A, B, C and semiconductor switches connected to a three-phase power supply: four semiconductor switches in each phase: 1A, 2A, 3A , and 4A; 1B, 2B, 3B, and 4B; 1C, 2C, 3C and 4C. The primary winding of each phase of the voltage transformer includes terminals 1, 2, 3, 4. Terminals 2, 3, 4 divide each primary winding into four sections a, b, c, d, having the same number of turns. Moreover, the beginning of the primary winding is connected to the end of the primary winding of the same phase. The secondary windings of the transformer is connected to the load Z, Z HB. Z ns .

Каждый из полупроводниковых ключей подключен одним полюсом к одной из фаз ЕА, ЕВ, ЕС источника питания, а другим полюсом подключается к выводу одной из первичных обмоток А, В, С трансформатора (фиг. 1). На приведенной на фиг. 1 схеме полупроводниковые ключи 1А, 3А, 2С, 4С одним полюсом соединены с фазой ЕА источника питания; ключи 1В, 3В, 2А, 4А одним полюсом соединены с фазой ЕВ источника питания; ключи 1С, 3С, 2А, 4А одним полюсом соединены с фазой ЕС источника питания. При этом ключи 1А, 2А, 3А, 4А вторым полюсом подключаются, соответственно, к выводам 1, 2, 3, 4 первичной обмотки фазы А трансформатора, ключи 1В, 2В, 3В, 4В вторым полюсом подключаются, соответственно, к выводам 1, 2, 3, 4 первичной обмотки фазы В трансформатора, ключи 1С, 2С, 3С, 4С вторым полюсом подключаются, соответственно, к выводам 1, 2, 3, 4 первичной обмотки фазы С трансформатора.Each of the semiconductor switches is connected by one pole to one of the phases E A , E B , E C of the power source, and the other pole is connected to the output of one of the primary windings A, B, C of the transformer (Fig. 1). In FIG. 1, semiconductor switches 1A, 3A, 2C, 4C are connected by one pole to the power supply phase E A ; the keys 1B, 3B, 2A, 4A are connected by one pole to the power supply phase E B ; keys 1C, 3C, 2A, 4A are connected with one pole to the phase E to the power source. In this case, the keys 1A, 2A, 3A, 4A of the second pole are connected, respectively, to the terminals 1, 2, 3, 4 of the primary winding of phase A of the transformer, the keys 1B, 2B, 3B, 4B of the second pole are connected, respectively, to terminals 1, 2 , 3, 4 of the primary winding of phase B of the transformer, the keys 1C, 2C, 3C, 4C of the second pole are connected, respectively, to the terminals 1, 2, 3, 4 of the primary winding of phase C of the transformer.

Частота переключения ключей 1А и 3А, 1В и 3В, 1С и 3С, в два раза отличается от частоты переключения ключей 2А и 4А, 2В и 4В, 3С и 4С соответственно. В приведенном на фиг. 2 примере алгоритма переключения ключей, ключи, подключающиеся к 1 и 3 выводам первичных обмоток фаз А, В, С трансформатора переключаются с большей в два раза частотой по сравнению с ключами, подключающимися к выводам 2 и 4 первичных обмоток трансформатора. Однако возможен и обратный вариант, когда пара ключей, подключенных к выводам 2 и 4 каждой из первичных обмоток трансформатора, переключается в два раза чаще, чем другая пара. Каждый ключ, переключающийся с высокой частотой имеет период переключения Т1, а каждый ключ, переключающийся с низкой частотой имеет период переключения Т2 (фиг. 2). В соответствии с приведенным на фиг. 2 примером ключи 1А и 3А, 1В и 3В, 1С и 3С переключаются с периодом Т1, а ключи 2А и 4А, 2В и 4В; 2С и 4С переключаются с периодом Т2. При этом угол сдвига ϕ1 между началом включения ключей 1А, 1В, 1С, 3А, 3В, 3С составляет одну третью периода Т1, а угол сдвига ϕ2 между началом включения ключей 2А, 2В, 2С, 4А, 4В, 4С составляет одну третью периода Т2.The switching frequency of the keys 1A and 3A, 1B and 3B, 1C and 3C is two times different from the switching frequency of the keys 2A and 4A, 2B and 4B, 3C and 4C, respectively. In the FIG. 2 an example of a key switching algorithm, the keys connected to the 1 and 3 terminals of the primary windings of phases A, B, C of the transformer are switched with a twice as high frequency as the keys connected to the terminals 2 and 4 of the primary windings of the transformer. However, the opposite option is also possible, when a pair of keys connected to pins 2 and 4 of each of the primary windings of a transformer switches twice as often as another pair. Each key switching with a high frequency has a switching period T 1 , and each key switching with a low frequency has a switching period T 2 (Fig. 2). In accordance with FIG. 2 as an example, keys 1A and 3A, 1B and 3B, 1C and 3C switch with a period of T 1 , and keys 2A and 4A, 2B and 4B; 2C and 4C switch with a period of T 2 . Moreover, the shift angle ϕ 1 between the start of switching on the keys 1A, 1B, 1C, 3A, 3B, 3C is one third of the period T 1 , and the shift angle ϕ 2 between the start of turning on the keys 2A, 2B, 2C, 4A, 4B, 4C is one the third period of T 2 .

Блок управления БУ трехфазного статического преобразователя частоты с непосредственной связью содержит генератор, два последовательно соединенных синхронных триггера и регистры, позволяющие формировать необходимые сигналы для осуществления заданного алгоритма переключения ключей (фиг. 2).The control unit of the control unit of a three-phase static frequency converter with direct connection contains a generator, two synchronous triggers connected in series and registers that allow generating the necessary signals for the implementation of a given key switching algorithm (Fig. 2).

Преобразователь работает следующим образом.The converter operates as follows.

Блок управления задает алгоритм работы ключей, показанный на фиг. 2.The control unit sets the key operation algorithm shown in FIG. 2.

Рабочий процесс преобразователя состоит из рабочих периодов, когда одни ключи разомкнуты, а другие замкнуты. The converter’s workflow consists of work periods when some keys are open and others are closed.

Пример работы преобразователя.Transformer operation example.

Пусть в исходный момент времени блоком управления БУ сформирован сигнал на замыкание ключей 1А и 2А. Ключи 3А, 4А, 2В, 3В, 1С, 4С - разомкнуты, ключи 1В, 4В, 2С, 3С - замкнуты. Тогда:Let at the initial moment of time the control unit BU generated a signal to close the keys 1A and 2A. The keys 3A, 4A, 2B, 3B, 1C, 4C are open, the keys 1B, 4B, 2C, 3C are closed. Then:

- к секции “a” первичной обмотки фазы А приложено линейное напряжение Еав и ток протекает по цепи: фаза А источника питания, ключ 1А, секция “a” первичной обмотки фазы А, ключ 2А, фаза В источника питания. При этом на вторичной обмотке трансформатора фазы А и нагрузке фазы А - Zна формируется положительное напряжение;- a section "a" of the primary winding of phase A voltage E is applied linear aB and current flows through the circuit: A phase power source key 1A, a section "a" primary phase winding A, the key 2A, the phase of the power supply. Thus on the transformer secondary winding of phase A and phase load A - Z is formed on the positive voltage;

- к секции “d” первичной обмотки фазы В приложено линейное напряжение Евс и ток протекает по цепи: фаза В источника питания, ключ 1В, секция “d” первичной обмотки фазы В, ключ 4В, фаза С источника питания. При этом на вторичной обмотке трансформатора фазы В и нагрузке фазы В - Zнв формируется положительное напряжение;- a linear voltage E VS is applied to section “d” of the primary winding of phase B and the current flows through the circuit: phase B of the power source, 1V switch, section “d” of the primary winding of phase B, 4V switch, phase C of the power source. At the same time, a positive voltage is formed on the secondary winding of the phase B transformer and the load of phase B - Z nv ;

- к секции “b ” первичной обмотки фазы С приложено линейное напряжение Еса и ток протекает по цепи: фаза С источника питания, ключ 3С, секция “b” первичной обмотки фазы С, ключ 4С, фаза А источника питания. При этом на вторичной обмотке трансформатора фазы С и нагрузке фазы C - Zнс формируется положительное напряжение.- a linear voltage E ca is applied to section “b” of the primary winding of phase C and the current flows through the circuit: phase C of the power source, key 3C, section “b” of the primary winding of phase C, switch 4C, phase A of the power source. At the same time, a positive voltage is formed on the secondary winding of the phase C transformer and the load of the phase C - Z ns .

По истечении времени, равного 1/6 периода работы ключей 1А, 3А, 1В, 3В, 1С, 3С, в момент времени t1, блоком управления формируются сигналы на одновременное размыкание ключа 1B и замыкание ключа 3B. Ключи 3А, 4А, 1В. 2В, 1С, 4C - разомкнуты, ключи 1А, 2А, 3В, 4В, 2C,3С - замкнуты. Тогда:After a time equal to 1/6 of the operation period of the keys 1A, 3A, 1B, 3B, 1C, 3C, at time t 1 , the control unit generates signals for the simultaneous opening of the key 1B and the closure of the key 3B. Keys 3A, 4A, 1B. 2B, 1C, 4C - open, keys 1A, 2A, 3B, 4B, 2C, 3C - closed. Then:

- к секции “a” первичной обмотки фазы А приложено линейное напряжение Еав и ток протекает по цепи: фаза А источника питания, ключ 1А, секция “a” первичной обмотки фазы А, ключ 2А, фаза В источника питания. При этом на вторичной обмотке трансформатора фазы А и нагрузке фазы А - Zна формируется положительное напряжение;- a section "a" of the primary winding of phase A voltage E is applied linear aB and current flows through the circuit: A phase power source key 1A, a section "a" primary phase winding A, the key 2A, the phase of the power supply. Thus on the transformer secondary winding of phase A and phase load A - Z is formed on the positive voltage;

- к секции “c” первичной обмотки фазы В приложено линейное напряжение Евс и ток протекает по цепи: фаза В источника питания, ключ 3В, секция “c” первичной обмотки фазы В, ключ 4В, фаза С источника питания. При этом на вторичной обмотке трансформатора фазы В и нагрузке фазы В - Zнв формируется положительное напряжение;- a linear voltage E VS is applied to section “c” of the primary winding of phase B and the current flows through the circuit: phase B of the power source, 3V switch, section “c” of the primary winding of phase B, 4V switch, phase C of the power source. At the same time, a positive voltage is formed on the secondary winding of the phase B transformer and the load of phase B - Z nv ;

- к секции “c” первичной обмотки фазы С приложено линейное напряжение Еса и ток протекает по цепи: фаза С источника питания, ключ 3С, секция “c” первичной обмотки фазы С, ключ 4С, фаза А источника питания. При этом на вторичной обмотке трансформатора фазы С и нагрузке фазы С - Zнс формируется положительное напряжение.- a linear voltage E ca is applied to section “c” of the primary winding of phase C and the current flows through the circuit: phase C of the power source, key 3C, section “c” of the primary winding of phase C, switch 4C, phase A of the power source. At the same time, a positive voltage is formed on the secondary winding of the phase C transformer and the load on the phase C - Z ns .

По истечении времени равного 1/6 периода работы ключей 1А, 3А, 1В, 3В, 1С, 3С, в момент времени t2, блоком управления формируются сигналы на одновременное размыкание ключей 2C, 3C и замыкание ключей 1C, 4C. Ключи 3А, 4А, 1B, 2B - разомкнуты, ключи 1А, 2А, 3B, 4B - замкнуты. Тогда:After a time equal to 1/6 of the operating period of the keys 1A, 3A, 1B, 3B, 1C, 3C, at time t 2 , the control unit generates signals for the simultaneous opening of the keys 2C, 3C and the closure of the keys 1C, 4C. Keys 3A, 4A, 1B, 2B - open, keys 1A, 2A, 3B, 4B - closed. Then:

- к секции “a” первичной обмотки фазы А приложено линейное напряжение Еав и ток протекает по цепи: фаза А источника питания, ключ 1А, секция “a” первичной обмотки фазы А, ключ 2А, фаза В источника питания. При этом на вторичной обмотке трансформатора фазы А и нагрузке фазы А - Zна формируется положительное напряжение;- a section "a" of the primary winding of phase A voltage E is applied linear aB and current flows through the circuit: A phase power source key 1A, a section "a" primary phase winding A, the key 2A, the phase of the power supply. Thus on the transformer secondary winding of phase A and phase load A - Z is formed on the positive voltage;

- к секции “c” первичной обмотки фазы В приложено линейное напряжение Евс и ток протекает по цепи: фаза В источника питания, ключ 3В, секция “c” первичной обмотки фазы В, ключ 4В, фаза С источника питания. При этом на вторичной обмотке трансформатора фазы В и нагрузке фазы В - Zнв формируется положительное напряжение;- a linear voltage E VS is applied to section “c” of the primary winding of phase B and the current flows through the circuit: phase B of the power source, 3V switch, section “c” of the primary winding of phase B, 4V switch, phase C of the power source. At the same time, a positive voltage is formed on the secondary winding of the phase B transformer and the load of phase B - Z nv ;

- к секции “d” первичной обмотки фазы С приложено линейное напряжение Еса и ток протекает по цепи: фаза С источника питания, ключ 1С, секция “d” первичной обмотки фазы С, ключ 4С, фаза А источника питания. При этом на вторичной обмотке трансформатора фазы С и нагрузке фазы С - Zнс формируется отрицательное напряжение.- a linear voltage E ca is applied to section “d” of the primary winding of phase C and the current flows through the circuit: phase C of the power source, key 1C, section “d” of the primary winding of phase C, switch 4C, phase A of the power source. At the same time, a negative voltage is formed on the secondary winding of the phase C transformer and the load on the phase C - Z ns .

По истечении времени равного 1/6 периода работы ключей 1А, 3А, 1В, 3В, 1С, 3С, момент времени t3, блоком управления формируются сигналы на одновременное размыкание ключа 1А и замыкание ключа 3А. Ключи 4А, 1В, 2В, 2С, 3С - разомкнуты, ключи 2А, 3В, 4В, 1С, 4С - замкнуты. Тогда:After a time equal to 1/6 of the operating period of the keys 1A, 3A, 1B, 3B, 1C, 3C, time t 3, the control unit generates signals for the simultaneous opening of the key 1A and the closure of the key 3A. The keys 4A, 1B, 2B, 2C, 3C are open, the keys 2A, 3B, 4B, 1C, 4C are closed. Then:

- к секции “b” первичной обмотки фазы А приложено линейное напряжение Еав и ток протекает по цепи: фаза А источника питания, ключ 3А, секция “b” первичной обмотки фазы А, ключ 2А, фаза В источника питания. При этом на вторичной обмотке трансформатора фазы А и нагрузке фазы А - Zна формируется отрицательное напряжение;- a section "b" of the primary phase winding A linear voltage E applied aB and current flows through the circuit: A phase power source key 3A, a section "b" of the primary phase winding A, the key 2A, the phase of the power supply. Thus on the transformer secondary winding of phase A and phase load A - Z formed on a negative voltage;

- к секции “c” первичной обмотки фазы В приложено линейное напряжение Евс и ток протекает по цепи: фаза В источника питания, ключ 3В, секция “c” первичной обмотки фазы В, ключ 4В, фаза С источника питания. При этом на вторичной обмотке трансформатора фазы В и нагрузке фазы В - Zнв формируется положительное напряжение;- a linear voltage E VS is applied to section “c” of the primary winding of phase B and the current flows through the circuit: phase B of the power source, 3V switch, section “c” of the primary winding of phase B, 4V switch, phase C of the power source. At the same time, a positive voltage is formed on the secondary winding of the phase B transformer and the load of phase B - Z nv ;

- к секции “d” первичной обмотки фазы С приложено линейное напряжение Еса и ток протекает по цепи: фаза С источника питания, ключ 1С, секция “d” первичной обмотки трансформатора фазы С, ключ 4С, фаза А источника питания. При этом на вторичной обмотке трансформатора фазы С и нагрузке фазы С - Z нс формируется отрицательное напряжение.- a linear voltage E ca is applied to section “d” of the primary winding of phase C and the current flows through the circuit: phase C of the power source, key 1C, section “d” of the primary winding of the transformer phase C, switch 4C, phase A of the power source. At the same time, a negative voltage is formed on the secondary winding of the phase C transformer and the load on the phase C - Z ns .

Дальнейшее переключение ключей происходит в соответствии с алгоритмом, приведенным на фиг. 2, согласно которому ключи 1А, 1В, 1С, 3А, 3В, 3С переключаются в два раза чаще, чем ключи 2А, 2В, 2С, 4А, 4В, 4С, угол сдвига ϕ1 между началом включения ключей 1А, 1В, 1С, 3А, 3В, 3С составляет одну третью периода Т1 переключения одного ключа, переключающегося с большей частотой, а угол сдвига ϕ2 между началом включения ключей 2А, 2В, 2С, 4А, 4В, 4С составляет одну третью периода Т2 переключения одного ключа, переключающегося с меньшей частотой. Further key switching occurs in accordance with the algorithm shown in FIG. 2, according to which the keys 1A, 1B, 1C, 3A, 3B, 3C switch twice as often as the keys 2A, 2B, 2C, 4A, 4B, 4C, the angle of shift ϕ 1 between the start of switching on the keys 1A, 1B, 1C, 3A, 3B, 3C is one third of the switching period T 1 of one key switching with a higher frequency, and the angle of shift ϕ 2 between the start of switching on the keys 2A, 2B, 2C, 4A, 4B, 4C is one third of the switching period T 2 of one key, switching with a lower frequency.

За счет приведенного алгоритма переключения ключей на выходных обмотках трансформаторов формируется трехфазная система напряжений высокой частоты, в которой выходные напряжения фаз А, В, С сдвинуты между собой на 120 градусов, что позволяет создавать круговое вращающееся поле высокой частоты.Due to the above-mentioned key switching algorithm, a three-phase high-frequency voltage system is formed on the output windings of the transformers, in which the output voltages of phases A, B, C are shifted by 120 degrees, which allows creating a high-frequency circular rotating field.

Таким образом, заявляемое изобретение обеспечивает возможность преобразования трехфазного переменного напряжения низкой частоты в трехфазное переменное напряжение высокой частоты без промежуточного преобразования.Thus, the claimed invention provides the ability to convert a three-phase AC voltage of a low frequency into a three-phase AC voltage of a high frequency without intermediate conversion.

Claims (1)

Трехфазный статический преобразователь частоты с непосредственной связью, содержащий блок управления, трансформатор напряжения, полупроводниковые ключи, отличающийся тем, что трансформатор включает три фазы А, В, С с первичными и вторичными обмотками, первичная обмотка каждой фазы выполнена с тремя дополнительными выводами, делящими ее на четыре секции с одинаковым числом витков, причем начало первичной обмотки каждой фазы соединено с концом первичной обмотки одноименной фазы, полупроводниковые ключи связаны с трехфазным источником питания, каждая фаза источника питания ЕА, ЕВ, ЕС связана с четырьмя полупроводниковыми ключами, при этом два ключа, связанных с фазой ЕА источника питания, связаны с первым и третьим выводами первичной обмотки фазы А трансформатора, а два ключа, связанных с фазой ЕВ источника питания, связаны со вторым и четвертым выводами первичной обмотки фазы А трансформатора, два ключа, связанных с фазой ЕВ источника питания, связаны с первым и третьим выводами первичной обмотки фазы В трансформатора, а два ключа, связанных с фазой ЕС источника питания, связаны со вторым и четвертым выводами первичной обмотки фазы В трансформатора, два ключа, связанных с фазой ЕС источника питания, связаны с первым и третьим выводами первичной обмотки фазы С трансформатора, а два ключа, связанных с фазой ЕА источника питания, связаны со вторым и четвертым выводами первичной обмотки фазы С трансформатора, при этом частота переключения каждого из ключей, связанных с первыми выводами первичных обмоток фаз трансформатора, и частота переключения каждого из ключей, связанных с третьими выводами первичных обмоток фаз трансформатора, в два раза отличается от частоты переключения каждого из ключей, связанных со вторыми выводами первичных обмоток фаз трансформатора, и частоты переключения каждого из ключей, связанных с четвертыми выводами первичных обмоток фаз трансформатора, угол сдвига между началом включения ключей, переключающихся с одинаковой частотой, составляет одну третью периода переключения одного ключа, переключающегося с этой частотой.A three-phase static frequency converter with direct connection, containing a control unit, voltage transformer, semiconductor switches, characterized in that the transformer includes three phases A, B, C with primary and secondary windings, the primary winding of each phase is made with three additional leads dividing it by four sections with the same number of turns, with the beginning of the primary winding of each phase connected to the end of the primary winding of the same phase, semiconductor switches connected to a three-phase source Itani, each power supply phase E A, E B, E C is associated with four semiconductor switches, the two switches associated with a phase E A power source connected to the first and third terminals of the primary phase winding A of the transformer, and two keys associated with phase E B of the power source, connected to the second and fourth terminals of the primary winding of phase A of the transformer, two keys associated with phase E B of the power source, are connected to the first and third terminals of the primary winding of phase B of the transformer, and two keys associated with phase E With the power supply source tions associated with the second and fourth terminals of the primary phase winding of the transformer, two keys associated with phase E to the power source associated with the first and third terminals of the primary phase winding of the transformer, and two keys associated with phase E A power source connected with the second and fourth terminals of the primary winding of the transformer phase C, wherein the switching frequency of each of the keys associated with the first terminals of the primary windings of the transformer phases and the switching frequency of each of the keys associated with the third terminals of the primary the transformer phase windings are two times different from the switching frequency of each of the keys associated with the second terminals of the primary transformer phase windings, and the switching frequency of each of the keys associated with the fourth terminals of the primary transformer phase windings, the angle of shift between the start of switching on the keys switching with the same frequency, is one third of the switching period of one key switching with this frequency.
RU2019106413A 2019-03-06 2019-03-06 Three-phase static frequency converter with direct coupling RU2705586C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019106413A RU2705586C1 (en) 2019-03-06 2019-03-06 Three-phase static frequency converter with direct coupling

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019106413A RU2705586C1 (en) 2019-03-06 2019-03-06 Three-phase static frequency converter with direct coupling

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2705586C1 true RU2705586C1 (en) 2019-11-11

Family

ID=68579462

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019106413A RU2705586C1 (en) 2019-03-06 2019-03-06 Three-phase static frequency converter with direct coupling

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2705586C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2749281C1 (en) * 2021-02-03 2021-06-08 Александр Павлович Старцев Three-phase static frequency converter with direct coupling

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2448807A1 (en) * 1979-02-08 1980-09-05 Jeumont Schneider Frequency doubler for three=phase current - has only six thyristors and one three=phase transformer
JP2000253664A (en) * 1999-02-26 2000-09-14 Aichi Sangyo Kk Direct frequency converter
RU88486U1 (en) * 2009-06-22 2009-11-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева THYRISTOR VOLTAGE REGULATOR CONTROL DEVICE
RU2613679C2 (en) * 2015-08-19 2017-03-21 Борис Алексеевич Аржанников Device for regulating voltage and method for its control
RU2655674C1 (en) * 2017-04-27 2018-05-29 Александр Павлович Старцев Single-phase direct-coupling static frequency converter

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2448807A1 (en) * 1979-02-08 1980-09-05 Jeumont Schneider Frequency doubler for three=phase current - has only six thyristors and one three=phase transformer
JP2000253664A (en) * 1999-02-26 2000-09-14 Aichi Sangyo Kk Direct frequency converter
RU88486U1 (en) * 2009-06-22 2009-11-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева THYRISTOR VOLTAGE REGULATOR CONTROL DEVICE
RU2613679C2 (en) * 2015-08-19 2017-03-21 Борис Алексеевич Аржанников Device for regulating voltage and method for its control
RU2655674C1 (en) * 2017-04-27 2018-05-29 Александр Павлович Старцев Single-phase direct-coupling static frequency converter

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2749281C1 (en) * 2021-02-03 2021-06-08 Александр Павлович Старцев Three-phase static frequency converter with direct coupling

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6454936B2 (en) Power converter and power conditioner using the same
JP6702334B2 (en) Device and method for fast commutation of rectifier based on matrix converter
WO2019146124A1 (en) Serially multiplexed inverter
JP2014135799A (en) Power conversion device
JPH04156274A (en) Power transformer
RU2655674C1 (en) Single-phase direct-coupling static frequency converter
RU2705586C1 (en) Three-phase static frequency converter with direct coupling
JP2019115130A (en) DC converter
JP5814759B2 (en) Power converter
WO2014162591A1 (en) Power conversion device
Kim et al. A novel single-phase cascaded multilevel AC-AC converter without commutation problem
JP2014204457A (en) Power conversion device
JP5910333B2 (en) 5 level power converter
US11038436B2 (en) Inverter system
RU2749281C1 (en) Three-phase static frequency converter with direct coupling
Singh et al. A new topology of transistor clamped 5-level H-Bridge multilevel inverter with voltage boosting capacity
RU195700U1 (en) SEMICONDUCTOR CONVERTER
JP2014204548A (en) Electric power conversion system
KR101230862B1 (en) Inverter apparatus for driving multilevel with a single input source
JP2003289672A (en) Power converter
RU2368937C1 (en) Ac voltage controller
RU2727971C1 (en) Static semiconductor frequency converter with intermediate direct current link
SU688970A1 (en) Dc voltage-to- n-step ac voltage converter
Kishore et al. A Novel Three-Phase 13-Level Cascaded Hybrid-Module Based Multilevel Inverter with Level-Shifted PWM
RU2462807C1 (en) Constant voltage converter