RU91485U1

RU91485U1 - THREE PHASE FREQUENCY CONVERTER

Info

Publication number: RU91485U1
Application number: RU2009142779/22U
Authority: RU
Inventors: Игорь Александрович Войтович; Андрей Павлович Зоткин; Сергей Федорович Коняхин; Александр Владимирович Левин
Original assignee: Игорь Александрович Войтович; Андрей Павлович Зоткин; Сергей Федорович Коняхин; Александр Владимирович Левин
Priority date: 2009-11-20
Filing date: 2009-11-20
Publication date: 2010-02-10

Abstract

1. Трехфазный преобразователь частоты, содержащий трехфазный трансформаторный узел, входные обмотки которого подключены к входному источнику трехфазного напряжения, а выходные - к входным выводам выпрямителя, выходные выводы которого присоединены к конденсатору и выводам постоянного тока трехфазного мостового инвертора, выполненного на дискретных транзисторах, выводы переменного тока которого через первые обмотки соответствующих трансформаторов тока и дроссели L-C фильтров соединены с выходными выводами, при этом две вторые обмотки трансформаторов тока присоединены к управляющим цепям транзисторов, образующих соответствующую стойку мостового инвертора, а начало и конец третьих обмоток, имеющих среднюю точку, соединены соответственно с одной из трех пар противофазных выходов блока управления, а их средние точки связаны с источником электропитания блока управления, при этом блок управления выполнен обеспечивающим формирование регулируемых нулевых пауз в каждой полуволне выходного напряжения мостового инвертора путем одновременного отпирания всех транзисторов, подключенных к одному из выводов постоянного тока мостового инвертора, с одновременным запиранием всех транзисторов, подключенных к его другому выводу. ! 2. Трехфазный преобразователь частоты по п.1, отличающийся тем, что блок управления содержит зашунтированные обратными диодами транзисторы, одни из силовых электродов которых попарно образуют его противофазные выходы, при этом вторые силовые электроды транзисторов подсоединены к одному из выводов источника электропитания блока управления, второй вывод которого связан со средней точко1. A three-phase frequency converter, comprising a three-phase transformer assembly, the input windings of which are connected to the input source of the three-phase voltage, and the output windings are connected to the input terminals of the rectifier, the output terminals of which are connected to the capacitor and the DC terminals of the three-phase bridge inverter made on discrete transistors, the terminals are variable current of which through the first windings of the respective current transformers and LC chokes of the filters are connected to the output terminals, while two second windings current transformers are connected to the control circuits of transistors forming the corresponding rack of the bridge inverter, and the beginning and end of the third windings having a midpoint are connected respectively to one of the three pairs of antiphase outputs of the control unit, and their midpoints are connected to the power supply of the control unit, while the control unit is configured to generate adjustable zero pauses in each half wave of the output voltage of the bridge inverter by simultaneously unlocking all transistors, connected to one of the DC outputs of the bridge inverter, with the simultaneous locking of all transistors connected to its other output. ! 2. The three-phase frequency converter according to claim 1, characterized in that the control unit comprises transistors shunted by reverse diodes, one of the power electrodes of which form its antiphase outputs in pairs, while the second power electrodes of the transistors are connected to one of the terminals of the power supply of the control unit, the second the conclusion of which is connected with the middle point

Description

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в качестве преобразователя напряжения переменного тока одной частоты в напряжение переменного тока другой частоты в системах энергоснабжения широкого назначения.The utility model relates to electrical engineering and can be used as a converter of alternating current voltage of one frequency to alternating current voltage of another frequency in power supply systems for general purposes.

Наиболее близким к полезной модели устройством является преобразователь частоты с промежуточным звеном постоянного тока (1). Известное устройство содержит трехфазный трансформаторный узел, первичные обмотки которого подключены к входному источнику трехфазного напряжения, а вторичные - к входным выводам трехфазного выпрямителя. Выходные выводы выпрямителя присоединены к конденсатору и выводам постоянного тока трехфазного транзисторного мостового инвертора. Выводы переменного тока инвертора непосредственно подключены к выходным выводам устройства.The device closest to the utility model is a frequency converter with an intermediate DC link (1). The known device contains a three-phase transformer unit, the primary windings of which are connected to the input source of the three-phase voltage, and the secondary to the input terminals of the three-phase rectifier. The output terminals of the rectifier are connected to the capacitor and the DC terminals of a three-phase transistor bridge inverter. The inverter’s AC terminals are directly connected to the device’s output terminals.

Недостатком известного устройства является низкое качество выходного напряжения и отсутствие стабилизации его уровня. Данный недостаток обусловлен отсутствием технических средств, которые могли бы обеспечить достаточное качество выходного синусоидального напряжения.A disadvantage of the known device is the low quality of the output voltage and the lack of stabilization of its level. This drawback is due to the lack of technical means that could ensure sufficient quality of the output sinusoidal voltage.

Техническим результатом, которого можно достичь при использовании полезной модели, является повышения качества выходного напряжения путем улучшения его гармонического состава и стабилизации уровня. Технический результат достигается за счет того, что в трехфазном преобразователе частоты, содержащем трехфазный трансформаторный узел, входные обмотки которого подключены к входному источнику трехфазного напряжения, а выходные - к входным выводам выпрямителя, выходные выводы которого присоединены к конденсатору и выводам постоянного тока трехфазного мостового инвертора, выполненного на дискретных транзисторах, выводы переменного тока которого через первые обмотки соответствующих трансформаторов тока и дроссели L-C фильтров соединены с выходными выводами, при этом две вторые обмотки трансформаторов тока присоединены к управляющим цепям транзисторов, образующих соответствующую стойку мостового инвертора, а начало и конец третьих обмоток, имеющих среднюю точку, соединены соответственно с одной из трех пар противофазных выходов блока управления, а их средние точки связаны с источником электропитания блока управления, при этом блок управления выполнен обеспечивающим формирование регулируемых нулевых пауз в каждой полуволне выходного напряжения мостового инвертора путем одновременного отпирания всех транзисторов, подключенных к одному из выводов постоянного тока мостового инвертора с одновременным запиранием всех транзисторов, подключенных к его другому выводу.The technical result that can be achieved using the utility model is to improve the quality of the output voltage by improving its harmonic composition and stabilizing the level. The technical result is achieved due to the fact that in a three-phase frequency converter containing a three-phase transformer assembly, the input windings of which are connected to an input source of a three-phase voltage, and the output windings are connected to the input terminals of a rectifier, the output terminals of which are connected to a capacitor and DC terminals of a three-phase bridge inverter, made on discrete transistors, the AC terminals of which through the first windings of the respective current transformers and LC chokes of the filters are connected s with output terminals, while the two second windings of the current transformers are connected to the control circuits of the transistors forming the corresponding rack of the bridge inverter, and the beginning and end of the third windings having a midpoint are connected respectively to one of the three pairs of antiphase outputs of the control unit, and their middle the points are connected to the power supply of the control unit, while the control unit is configured to generate adjustable zero pauses in each half-wave of the output voltage of the bridge inverter by simultaneous unlocking of all transistors connected to one of the DC terminals of the bridge inverter with simultaneous locking of all transistors connected to its other terminal.

Кроме того, блок управления может содержать зашунтированные обратными диодами транзисторы, одни из силовых электродов которых попарно образуют его противофазные выходы, при этом вторые силовые электроды транзисторов подсоединены к одному из выводов источника электропитания блока управления, второй вывод которого связан со средней точкой третьей обмотки каждого трансформатора тока через резистор.In addition, the control unit may contain transistors shunted by reverse diodes, one of the power electrodes of which form its antiphase outputs in pairs, while the second power electrodes of the transistors are connected to one of the terminals of the power supply of the control unit, the second terminal of which is connected to the midpoint of the third winding of each transformer current through the resistor.

На чертеже представлена электрическая схема трехфазного преобразователя частоты.The drawing shows an electrical diagram of a three-phase frequency converter.

Устройство содержит трехфазный трансформаторный узел 1, входные обмотки которого подключены к входному источнику трехфазного напряжения (U_ВХ. частоты f₁), а выходные - к входным выводам выпрямителя 2. Выходные выводы выпрямителя 2 присоединены к конденсатору 3 и выводам постоянного тока трехфазного транзисторного мостового инвертора с положительной обратной связью по току. Выводы переменного тока инвертора присоединены через L-C фильтры к выходным выводам преобразователя, на которых формируется напряжение U_ВЫХ. частоты f₂. Последовательно с дросселем каждого из L-C фильтров включена первая обмотка 4 одного из трех трансформаторов тока 5. Две вторые обмотки 6 трансформаторов тока 5 присоединены к управляющим цепям транзисторов 7, образующих соответствующую стойку мостового инвертора. Начало и конец третьих обмоток 8, имеющих среднюю точку, соединены соответственно с одной из трех пар противофазных выходов блока управления 9. Средняя точка обмоток 8 связана с источником электропитания блока управления с напряжением U_ПИТ. Блок управления 9 может содержать зашунтированные обратными диодами транзисторы, одни из силовых электродов которых попарно образуют его противофазные выходы. Вторые силовые электроды транзисторов подсоединены к одному из выводов источника электропитания блока управления, второй вывод которого связан со средней точкой третьей обмотки 8 каждого трансформатора тока через резистор 10.The device contains a three-phase transformer unit 1, the input windings of which are connected to the input source of the three-phase voltage (U I frequency _. Frequency f ₁ ), and the output to the input terminals of the rectifier 2. The output terminals of the rectifier 2 are connected to the capacitor 3 and the DC terminals of the three-phase transistor bridge inverter with positive current feedback. The inverter AC terminals are connected via LC filters to the converter output terminals, on which the voltage U _OUT is generated _. frequency f ₂ . In series with the choke of each of the LC filters, the first winding 4 of one of the three current transformers 5 is connected. Two second windings 6 of the current transformers 5 are connected to the control circuits of the transistors 7 forming the corresponding rack of the bridge inverter. The beginning and end of the third windings 8 having a midpoint are connected respectively to one of the three pairs of antiphase outputs of the control unit 9. The midpoint of the windings 8 is connected to the power supply of the control unit with voltage U _PIT . The control unit 9 may contain transistors shunted by reverse diodes, one of the power electrodes of which form its antiphase outputs in pairs. The second power electrodes of the transistors are connected to one of the terminals of the power supply of the control unit, the second terminal of which is connected to the midpoint of the third winding 8 of each current transformer through a resistor 10.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При подключении устройства к источнику напряжения переменного тока трехфазное напряжение U_ВХ. частотой f₁ подается на входной трансформаторный узел 1. После выпрямления и фильтрации постоянное напряжение поступает на вход мостового транзисторного инвертора, который преобразует его в трехфазное переменное напряжение U_ВЫХ. частоты f₂, уровень которого может быть отличен от входного U_ВХ.When connecting the device to an AC voltage source, a three-phase voltage U _BX. frequency f ₁ is fed to the input transformer node 1. After rectification and filtering, a constant voltage is supplied to the input of the bridge transistor inverter, which converts it into a three-phase alternating voltage U _OUT. frequency f ₂ , the level of which may be different from the input U _BX .

Транзисторы 7 мостового инвертора управляются методом токовой связи (организованной с помощью трансформаторов тока 5) в соответствии с сигналами, поступающими с блока управления 9. Мостовой инвертор содержит три стойки, транзисторы 7 каждой из которых переключаются в противофазе. Для формирования трехфазного выходного напряжения управление стойками осуществляется со сдвигом 120 эл.град. Блок управления обеспечивает возможность организации данного сдвига и одновременно реализует регулируемые нулевые паузы в каждой полуволне выходного напряжения мостового инвертора. Указанные паузы формируются за счет одновременного отпирания всех транзисторов 7, подключенных к одному из выводов постоянного тока (положительному либо отрицательному) мостового инвертора и одновременного запирания всех транзисторов, подключенных к его другому выводу (соответственно отрицательному либо положительному).The transistors 7 of the bridge inverter are controlled by the current communication method (organized by current transformers 5) in accordance with the signals received from the control unit 9. The bridge inverter contains three racks, transistors 7 of each of which are switched in antiphase. To form a three-phase output voltage, the racks are controlled with a shift of 120 electric degrees. The control unit provides the ability to organize this shift and simultaneously implements adjustable zero pauses in each half-wave of the output voltage of the bridge inverter. These pauses are formed due to the simultaneous unlocking of all transistors 7 connected to one of the DC terminals (positive or negative) of the bridge inverter and the simultaneous locking of all transistors connected to its other terminal (respectively, negative or positive).

Регулируемые нулевые паузы исключают третью и кратные ей гармоники в выходном напряжении инвертора и, как следствие, улучшают его гармонический состав. С помощью регулирования длительности пауз осуществляется стабилизации выходного напряжения преобразователя при действии различных дестабилизирующих факторов. Сглаживающие L-C фильтры, установленные на выходе инвертора, обеспечивают заданное качество синусоидального выходного напряжения.Adjustable zero pauses exclude the third and multiple harmonics in the output voltage of the inverter and, as a result, improve its harmonic composition. By adjusting the duration of pauses, the output voltage of the converter is stabilized by various destabilizing factors. Smoothing L-C filters installed at the inverter output provide the specified quality of the sinusoidal output voltage.

Таким образом, данное выполнение блока управления, способного реализовать формирование регулируемых нулевых пауз в каждой полуволне выходного напряжения мостового инвертора, с одновременной установкой на выходе инвертора L-C фильтров, позволило повысить качество выходного напряжения преобразователя путем улучшения его гармонического состава и стабилизации уровня.Thus, this implementation of the control unit, capable of realizing the formation of adjustable zero pauses in each half wave of the output voltage of the bridge inverter, with the simultaneous installation of L-C filters at the inverter output, made it possible to improve the quality of the converter output voltage by improving its harmonic composition and stabilizing the level.

Благодаря хорошему качеству выходного напряжения полезная модель может найти широкое применение в системах энергоснабжения, например, летательных аппаратов.Due to the good quality of the output voltage, the utility model can be widely used in power supply systems, for example, aircraft.

Источники информации, принятые во внимание при составлении описания:Sources of information taken into account when compiling the description:

«Электрооборудование летательных аппаратов» под ред. С.А.Грузкова, М. МЭИ, т.2, 2008 г., с.87-90."Electrical equipment of aircraft", ed. S.A. Gruzkova, M. MEI, vol. 2, 2008, p. 87-90.

Claims

1. A three-phase frequency converter, comprising a three-phase transformer assembly, the input windings of which are connected to the input source of the three-phase voltage, and the output windings are connected to the input terminals of the rectifier, the output terminals of which are connected to the capacitor and the DC terminals of the three-phase bridge inverter made on discrete transistors, the terminals are variable current of which through the first windings of the respective current transformers and LC chokes of the filters are connected to the output terminals, while two second windings current transformers are connected to the control circuits of transistors forming the corresponding rack of the bridge inverter, and the beginning and end of the third windings having a midpoint are connected respectively to one of the three pairs of antiphase outputs of the control unit, and their midpoints are connected to the power supply of the control unit, while the control unit is configured to generate adjustable zero pauses in each half wave of the output voltage of the bridge inverter by simultaneously unlocking all transistors, connected to one of the DC outputs of the bridge inverter, with the simultaneous locking of all transistors connected to its other output.

2. The three-phase frequency converter according to claim 1, characterized in that the control unit comprises transistors shunted by reverse diodes, one of the power electrodes of which form its antiphase outputs in pairs, while the second power electrodes of the transistors are connected to one of the terminals of the power supply of the control unit, the second the output of which is connected with the midpoint of the third winding of each current transformer through a resistor.