SU607318A1

SU607318A1 - Frequency converter

Info

Publication number: SU607318A1
Application number: SU752147516A
Authority: SU
Inventors: Виктор Степанович Могила; Адам Пантелеевич Разгонов; Юрий Александрович Кравцов; Николай Николаевич Белобородов; Борис Михайлович Степенский
Priority date: 1975-06-18
Filing date: 1975-06-18
Publication date: 1978-05-15

Description

1one

Изобретение относитс к технике преобраарвади nepelvieHHoro тока одной частоты в , переменный ток другой частоты с применением ферромагнитных элементов и может быть использовано в устройствах автоматики и телемеханики , в частности дл питани элект{ических рельсовых цепей на железнодорожном транспорте.The invention relates to a technique for converting current nepelvieHHoro of one frequency into, alternating current of another frequency using ferromagnetic elements and can be used in automation and telemechanics devices, in particular for powering electrical rail circuits in railway transport.

Известны преобразователи частоты на базе ферромагнитных элементов и параметрических депитепей частоты, используемые дл получени . сшгуроидальнргд напр жени с чао тотой субгармони, а также с частотой, превьпиающей частоту источника накачки l Кроме того, известны непосредственныеFrequency converters based on ferromagnetic elements and parametric frequency devices used for production are known. with a voltage with a chao tota subharmonic, as well as with a frequency exceeding the frequency of the pump source l In addition, the immediate

вентильные преобразователичастоты, поЪт роенные на базе управлени вентильных чеек , собранных в токосборнике группы, формирующие разноименные полуволны тока на груаки 2J, Щ 4 .valve frequency converters built on the basis of the control of valve cells assembled in the collector group of the group, which form opposite current half-waves for Gruack 2J, U 4.

Недостатками преобразователе частоты на базе ферромагнитных к параметрических элементов вл ютс сложность схемы, большие вес и габариты устройства, необходимость при генерации некоторых субгармоник The disadvantages of a frequency converter based on ferromagnetic to parametric elements are the complexity of the circuit, the large weight and dimensions of the device, the need for generating some subharmonics

специальных стартовых Схем, обеспечивающих так называемые ударное возбуждение либо гармоническую синхроннзацию колебаний на выходной частоте, необходимость в устройстве выпр мител , шунтированного сравнительно сложным фильтром, специально мощнойspecial starting circuits providing the so-called shock excitation or harmonic synchronization of oscillations at the output frequency, the need for a device of a rectifier shunted by a relatively complex filter, specially powerful

: цеци искусственной коммутации управл емых вентилей, уступающей, как известно, по надежности , габаритам и т.д. схемам с есгесрвенной коммутацией, а также цепи подмагни-: Tsesi of artificial switching of controlled valves, which is inferior, as is well known, in terms of reliability, dimensions, etc. circuits with externally switched circuits, as well as

: чивани делител частоты с защитным фипьт ром, предотвращающим замыкание тока накачки делител через источник питани этой: chivanie frequency divider with a protective filter, which prevents shorting of the pump current of the divider through the power source of this

;Цепи; кроме того, в таком устройстве отсутствует синхронизаци частоты питающей с&ти и выходной частоты.; Chains; In addition, in such a device, there is no synchronization of the frequency of the power supply with the frequency and the output frequency.

К недостаткам непосредственных преобразователей частоты с естественной коммутацией следует отнести невозможность првыше;ни выходной частоты, верхн граница которой при любом законе изменени угла регулировани вентилей не превышает половины частоты питающей сети, тогда как в практике необходимо иметь частоты, например 334или 66 Гц, синхронизированные с промышле- Ф ной частотой однофазной питающей сети. При повышении кратности, делени частоты н фор мировани попожигепьной и отрицательной полуволн тока нагрузки, например пузвм соз Дани пауз между полуволнами, сушесгвенно ухудшаетс форма кривой выходного напр жени преобразовагеп , что требует допоп- нительных мер дл приближени ее к скнусриде . Наиболее близким по технической сутднос ти к изобретению вл етс преобразова1«ль частоты, содержащий индуктивный параметри ческий генератор, входные обмотки которого через полупроводниковый преобразовательный .6/IOK подключены к зажимам питающей сети, а выходные - к аажимам однофазной нагруз ки, и систему управлени преобразовательным блоком , Предлагаемое устройство огпи шетс от .известного тем, что входные обмотки ин дуктивного параметрического генератора через управл емые вентили., включенные по двухтактной схеме, св заны с зажимами питающей сети через две цепи, одна из которых вместе с системой управлени подкшо чена к сети непосредственно, а друга через фазовращатель, обеспечивающий между токами входных обмоток сдвиг фаз на 90° Это отличие позвол ет получить частоть, некратные частоте питающей сети, и упростить устройство. Предлагаемое устройство prntraaercH or прототипа также и тем, .го индуктивный параметрический генератор выполнен без специальной обмотки подмагничивани . Это позвол ет расширить диапазон выходных чао тот синусоидальной формы - На фиг, 1 показана принципиальна элект рическа схема преобразовател с выходной частотой iH- или-; на фиг, 2 диаграммы токов и напр жений в основных точках Ьхемы фиг. IjHa фиг. 3- принципиальна электрическа схема преобразовател с.-выходной частотой 1, 3321 j или O, на фиг. 4 - диаграммы токов и напр жений в основных точках схемы фиг, 3, На фиг, 1-4прин ты условные обозначени : 1 - источник питани частотой 2 - управл емые йентили; 3 - система управлени вентил ми с заданной частотой4 - индуктивный параметрический генератор (ИПГ) с выходно а частотой± J 5 - фазовращатель: Tj,. упраБ,(1 емые вентили и импульсы их управлени (см, фиг, 2, 4). - напр жение источника питающей iu,l.ul ir - соответственно ток накачки н и,D , ИПГ и выходное напр жение преобразовател частоты в режиме главного; первого и второго параметрического резонанса ИПГ; Tfi период частоты питающей сети. Устройство работает следующим образом. В преобразователе частоты (см. фиг. 1, 2) управл емые вентили T и Т включаютс nq двухтактной схеме последовательно по разрешающему сигналу системы управлени 3, синхронизированной напр жением питающей сети 1, как это показано на фиг, 2. Индуктивный параметрический; генератор 4 выполнен без обмотки подмагничивани , что дает возможность наиболее -просто исполь зовагь его в трех режимах генерации выходной частоты и. Тем самым, расширить диапазон час тог на выходе преобразовател . Форма тока иак&чки во входных сймотках ИПГ выбираетс в зависимости от режима генерации. Во . входных обмотках ИПГ управл емьми вентил ми формируютс либо однопол рные, либо разнопол рные полуволны тока накачки с за данной частотой , устанавливаемой системой управлени 3. При делении частоты тока накачки пополам этот ток формируетс однопо- л рным (KjpHBaHJ фигг 2), при этом в контуре ИПГ возникает так называемый главный параметрический резонанс. При разнопол рном токе накачки (кривые фиг. 2 и фиг, 4) и определением- выбора параметров ИПГ в его контуре возникают колебани (кривые lT.j частоте либо равной частоте{д системы 3 ( первый параметрический резонанс), либо в два раза превыщающей эту частоту (второй параметрический резонанс). Формирование полуволн тока накачки , кроме отмеченного последовательного включени соответствующих управл емых вентилей , может осуществл тьс чередованием включени концов соответствующих входных обмоток ИПГ (см, фиг, 1 и З). Формирование симметричного тока накачки ИПГ частотой О,6661„(33 Гц при f 50 Гц) в отличие от рассмотренного выще осуществл етс от двух напр жений, сдвинутых между собой с помощью фазовращател 5 на ЭО как показано на фиг. 4 (кривые ) В этом случае на выходе преобразовагел (см, фиг, 3) может быть получено напр жение частотойО.бб или 1,332 i (кривые И фиг . 4), Сопротивлени п в схеме фиг, 3 необходимы дл улучщени режимов работы вентилей. Система управлени 3 может быть выполнена , н.апример, на триггерных или кольцевых счетных схемах на базе полупроводниковых или магнитных элементов. При однофазном источнике питани выходна частота в зависимости от вхолноЯ часгОты определ етс по выражению The disadvantages of direct frequency converters with natural commutation are the impossibility of exceeding the output frequency, the upper limit of which, for any law of changing the valve control angle, does not exceed half the frequency of the mains supply, while in practice it is necessary to have frequencies, for example 334 or 66 Hz, synchronized with the industrial - The frequency of the single-phase mains. With an increase in the multiplicity, dividing the frequency of forming the negative and negative half-waves of the load current, for example, the pause between the half-waves, the shape of the output voltage transforming curve deteriorates, which requires additional measures to bring it closer to the screen. The closest in technical sense to the invention is a frequency converter containing an inductive parametric generator, whose input windings through a semiconductor .6 / IOK converter are connected to the supply terminals of a single-phase load, and a converter control system unit, the proposed device is optional from the fact that the input windings of an inductive parametric generator, through controlled valves, connected in a two-stroke scheme, are connected with a clamp The power supply network through two circuits, one of which, together with the control system, is directly connected to the network, and the other through a phase shifter, providing a 90 ° phase shift between the input windings. This difference allows to obtain a frequency that is not a multiple of the power supply frequency and to simplify the device . The proposed prntraaercH or prototype device is also so designed that its inductive parametric oscillator is made without special bias winding. This allows you to expand the range of output chao sine waves - FIG. 1 shows an electrical circuit diagram of the converter with the output frequency iH- or; FIG. 2, the current and voltage diagrams at the main points of the L diagram of FIG. IjHa FIG. 3 is a circuit diagram of a converter with an output frequency of 1,321 j or O; in FIG. 4 - diagrams of currents and voltages in the main points of the circuit of FIG. 3; FIG. 1-4 are symbols: 1 - power supply with frequency 2 - controlled yentils; 3 - valve control system with a given frequency; 4 — inductive parametric generator (IPG) with an output frequency of ± J 5 — phase shifter: Tj ,. control, (1 gated valves and their control pulses (see fig, 2, 4). - supply voltage iu, l.ul ir - respectively pumping current n, D, IPG and output voltage of the frequency converter in the main mode ; First and second parametric resonance of the IPG; Tfi period of the mains supply frequency. The device operates as follows: In the frequency converter (see Fig. 1, 2), the controlled T and T gates turn on nq push-pull circuit sequentially on the control signal of the control system 3 synchronized mains voltage 1, as shown but in FIG. 2. The inductive parametric; generator 4 is made without bias winding, which makes it possible to use it most easily in three modes of output frequency generation and, thus, to expand the range of the output transducer. The input windings of an IPG are selected depending on the generation mode.In the input windings of the IPG, either single-pole or opposite-pole half-waves of the pump current are formed with a given frequency set by the control system 3. When divided and the pumping frequency of the current in half, this current is formed unipolarly (KjpHBaHJ Figg 2), and the so-called main parametric resonance occurs in the IPG circuit. With a pump current of different polarity (curves of FIG. 2 and FIG. 4) and a determination of the choice of parameters of the IPG, oscillations occur in its contour (curves of the lT.j frequency either equal to the frequency {d of system 3 (first parametric resonance) or twice as high this frequency (second parametric resonance). The formation of the half-wave pumping current, in addition to the noted sequential switching on of the corresponding controlled gates, can be carried out by alternating the switching on of the ends of the corresponding IPG input windings (see, FIG. 1 and 3). pumping current of IPG with frequency O 6661 „(33 Hz at f 50 Hz), in contrast to the above, is carried out from two voltages shifted to each other with the help of phase shifter 5 on EO as shown in Fig. 4 (curves). In this case, The output of the transformer (see FIG. 3) can be obtained with a voltage of frequency OOBB or 1,332i (curves AND of FIG. 4). Resistances n in the circuit of Fig. 3 are necessary to improve the operating modes of the valves. . For example, on trigger or ring counting circuits based on semiconductor or magnetic elec ENTOV. With a single-phase power supply, the output frequency is determined by the amount of time at full-time.

где (j - продолжительность паузы в радиамах между положительной и отрицательной полуволнами или между соседними полуволнами гока накачки ИПГ; ш коэффициент, равный единице при работе ИПГ в режиме главного и первого параметрического резонанса , .и двум - в режиме, второго параметрического резонанса. Из приведенной формулы следует, что при питании от источника промь шленной частоты на выходе дреобразовагед часгогы наиболее просто могут быть получены следую1щие частоты, в Гц:бб,6;5О 33,3,25116,6) 12,5510;8,35; 6,25;3,125, Отношение часгогы питаю1цей сети и выходной частоты может быть как кратным, так и иррациональным числом.where (j is the duration of the pause in the radiations between the positive and negative half-waves or between the adjacent half-waves of the pump IPG; w is a coefficient equal to one when the IPG operates in the main and first parametric resonance mode, and two in the second parametric resonance mode. the formulas follow that, when powered from a source of industrial frequency, the following frequencies can be most easily obtained at the output of a transform of the frequency, in Hz: bb, 6; 5O 33.3.25116.6) 12.5510; 8.35; 6.25; 3.125. The ratio of the frequency of the supply network and the output frequency can be either a multiple or an irrational number.

Преобразователи частоты предлагаемой конструкции не реагируют на короткие замыкани в нагрузке, имеюг достаточно жесткую внешнюю характеристику, в выходном напр - женин содержат незначительный состав не четных гармоник, позвол ют существенно расширить диапазон выходной частоты и обладают стабильностью выходного напр жени 25 и синхронностью его частоты с частотой питающей сети. Внедрение таких преобразователей, например , в рельсовых цеп х систем железаодорОй ной автоматики и телемеханики,даст ощутимый экономический эффект, главным образом, за счет повышени устой ивости работы цепей при пониженном сопротивлении балласта рельсовой линии. ,Frequency converters of the proposed design do not react to short circuits in the load, it has a rather rigid external characteristic, the output voltage contains a small amount of odd harmonics, allows to significantly expand the output frequency range and have stability of the output voltage 25 and its frequency synchronism with frequency supply network. The introduction of such converters, for example, in rail circuits of iron and steel automatics and telemechanics systems, will give a tangible economic effect, mainly due to an increase in the stability of circuit operation with a reduced resistance of the rail line ballast. ,

Claims

1. A frequency converter, s; an inductive p-meter generator, the input windings of the KOTOpoio are connected to the power supply terminals through a semiconductor conversion unit, and the output windings to

single-phase load terminals, and a control unit of the converter unit, which is designed so that, in order to obtain frequencies that are not a multiple of the frequency of the tapping network, and to simplify, the input windings of an inductive parametric generator through controlled valves connected according to the push-pull scheme, they are connected to the power supply terminals through two circuits, one of which, together with the control system, is connected to the network directly, and the other through a phase shifter, providing phase shift between the input windings.

2, The frequency converter according to claim 1, which is characterized by the fact that, in order to expand the range of output sinusdal frequencies, the inductive parametric oscillator is implemented without a special magnetic biasing winding. Sources of information taken into account in the examination: 1. US Patent No. 2445857, cl. 3215, 1948.

2. Author's testimony of the USSR No. 255399, cl. 21 d 14 / Ol, 1907.

3. Author's certificate of the USSR N2 319085, cl. N OZ K 23/10, 1971.

4.Inkov 10. M. Valve converters, Informelektro, 1974, p. 64.