SU785935A1 - Преобразователь посто нного напр жени в трехфазное с промежуточным звеном высокой частоты - Google Patents

Description

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ЗВЕНОМ Изобретение относитс  к области преобразовательной техники и может быть использовано дл  частотного запуска и управлени  двигател ми переменного тока различных типов (синхронных , асинхронных и пр.) в тек случа х, когда требуетс  широкий диапазон регулировани  частоты вращени  при одновременном согласовании ; уровней напр жени  питани  и потреби тел  и при высоких требовани х к мас согабаритным показател м электропривода в целом. Наиболее простым из известных пре образователей посто нного напр жени  в трехфазное  вл етс  преобразователь , выполненный по трехфазной мос товой схеме с блоком управлени , реа лизующим простейший, например 180градусный , алгоритм управлени  его ключами. Недостатком такого преобразовател   вл етс  трудность согласовани  уровней напр жени  питанием и выходного напр жени  из-за резкого увеличени  (особенно на низких выходных частотах) габаритов выходного сотласующего трансформатора. Известен преобр азователь с широтно-импульсной модул цией ШИМ выход ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ ного напр жени , обеспечивающий преобразование однофазного напр жени  в трехфазное. Преобразоват-ель содержит входной трансформатор, подключенный К- входным выводам трехфазного мостового инвертора, клЮчи которого выполнены на встречно-параллельно включенных тиристорах, и блок управлени , включающий трехфазный задающий генератор управл ющих импульсов выходной частоты jC . % Недостатком этого преобразовател   вл етс  сравнительна  сложность блока управлени  из-за того, что используема  в этом случае естественна  коммутаци  тиристоров и раздельное (без уравнительных токов) управ ление требуют применени  довольно сложного алгоритма управлени , реапизуемого введением обратной св зи по току и .по форме выходного напр жени  (тока). Известен так;: е преобразователь однофазного напр жени  в трехфазное, содержащий однофазный трансформатор с трем  вторичными обмотками, выполненными с отпайками, а также шесть трехфазных ключей переменного тока, выполненных в виде трехфазных диодных мостов С транзисторами, включенными на их выходах. Входы мостов подключены к разновитковым отпайкам каждой из вторичных обмоток трансфор матора 2 .

К недостаткам данного преобразовател  следует отнести сложность структуры и ограниченные функциональные возможности из.-за невозможности регулировани  выходной частоты, а также невысокие массогабаритные показатели из-за плохого использовани  обмоток трансформатора.

Наиболее близким к предложенному преобразователю  вл етс  преобразователь посто нного напр жени  в трехфазное с промежуточным звеном высокой частоты. Данный преобразователь позвол ет получить из посто нного напр жени  трехфазное переменное и содержит трехфазный мостовой инвертор , в качестве ключей которого использованы встречно-параллельно включенные тиристоры, а также однофазный инвертор, преобразующий посто нное напр жение в пр моугольное, посто нной частоты, выходом св занной с входнЕлми выводами трехфазного мостового инвертора. Блок управлени  этим преобразователем содержит задающий генератор, распределитель импульсов и усилительно-разв зывающий узел Выходные выводы блока управлени  подключены к управл ющим входам ключей однофазного и трехфазного мостового инверторов. На выходе преобразовател  формируетс  трехфазное напр жение

н:

Регулирование напр жени  в таком преобразователе осуществл ют за счет регулируемого запаздывани  угла включени  тиристоров трехфазного инвертора . Эту же задачу можно решить несколько проще - за счет регулировани  напр жени  в однофазном инвер .торе.

Однако известный преобразователь при тех принципах регулировани  напр жени , которые в него заложены, не позвол ет осуществл ть плавное изменение выходной частоты преобразовател  от нулевого ее значени  до заданного. Регулирование выходной частоты инвертора независимо от промежуточной высокой частоты влечет за 9обой ухудшение качества выходного напр жени  из-за по влени  в нем в процессе регулировани  субгармоник илч.посто нной составл ющей, оказывающих вредное вли ние на электродвигате ль и зачастую делающих невозможной нормальную его работу.

При так называемом св занном регулировании выходной частоты за счет соответствующего изменени  промежуточной высокой частоты (плавно и путем изменени  кратности этих частот ) массу согласующего трансформатора минимизировать не представл етс  возмо;;сным.

Целью изобретени   вл етс  расширение диапазона регулировани  выходной частоты и улучшение массога-; баритных показателей преобразовател .

Дл  достижени  этого предлагаемый преобразователь,как и известный, содержит однофазный инвертор с выходным трансформатором, вторична  обмотка которого подключена к входньм силовым выводам трехфазного мостового инвертора на ключах с двухсторонней проводимостью. В состав блока управлени  вход т высокочастотный задающий генератор, св занный через усилительно-разв зывающий узел с управл ющими входами однофазного инвертора и распределитель импульсов, св занный через упом нутый усилительно-разв зывающий узел с управл ющими входами ключей трехфазного инвертора, В отличие от известного предлагаемый преобразователь снабжен дополнительным задающим генератором, частота которого кратна выходной частоте преобразовател , трехканальным узлом регулировани  напр жени  и трехканальным логическим узлом. Выходы логического узла подключены к входам усилительно-разв зывающего узла, одни из входов каждого канала св заны с выходами высокочастотного задающего генератора, а другие входы каждого

0 канала - с выходами соответствующих каналов узла регулировани  напр жени , входы которых св заны с выходами распределител  импульсов и выходом дополнительного задающего генератора.

Каждый из каналов Логического узла может быть выполнен в виде последовательно включенных логичесQ ких элементов 2И-2ИЛИ-НЕ и НЕ, выходы которых образуют выходы логического узла.

Трехканальный узелрегулировани  напр жени  может включать в себ  модул тор ширины импульсов, а каждый из каналов содержит два трехвходовых, два двухвходовых логических элемента И-НЕ и один логический элемент НЕ. Выход одного из трехвходовых элеменQ тов И-НЕ соединен с.входом второго двухвходового элемента, а выход второго трехвходового элемента соединен с одним из выходов первого двухвходового элемента, второй вход которого образует один из входных выводов узла регулировани , а выход соединен с одним входом второго двухвходового элемента, выход которого образует один из выходных выводов узла регулировани  и соединен с входом логи0 ческогсэ элемента НЕ, а его выход

образует второй выходной вывод узла. Первые два входа трехвходовых элементов образуют входные выводы узла регулировани , а их третьи входы подключены к модул тору ширины импульсов , входом св занному с дополнительным задакндим генератором.

На фиг. 1 изображена принципиальна  схема предлагаемого преобразовател ; на фиг. 2 - временные диаграммы , по сн ющие принцип его работы.

Преобразователь посто нного напр жени  в трехфазное с промежуточным звеном высокой частоты (фиг.1 содержит трехфазный мостовой инверто на ключах 1-6 с двухсторонней проводимостью , однофазный инвертор 7 и, блок управлени  8. Выходные выводы однофазного инвертора 7 подключены к первичной обмотке 9 однофазного трансформатора 10, вторична  обмотка 11 которого подключена к входным силовым выводам 12,13 трехфазного мостового инвертора. В состав блока уп .равлени  8 (фиг. 1) вход т два задающих генератора 14,15, распределитель импульсов 16, собранный по схеме трехфазного пересчетного кольца на триггерах -типа 17-19, трехканальный узел 20 регулировани  напр жени ; логический узел 21 и усилительно-разв зывающий узел 22.

Выход задающего генератора 15 подключен к тактовым входам триггеров ,17-19 распределител  импульсов 16, выходы которого подключены к входам узла 20 регулировани  напр лсени , включающего в себ  модул тор 23 ширины импульсов и состо щего из тре идентичных каналов. Каждый канал регулировани  напр жени  включает в себ  два трехвходовых 24,25, два двухвходовых 26,27 логических элемента И-НЕ и один логический элемент НЕ 28. Два входа каждого из трехвходовых логических элементов 24, 25,  вл ющиес  входными выводами узла регулировани  напр жени , подключены к соответствующим выходам распределител  импульсов 16, а к третьему их входу подключен выход модул тора 23 ширины импульсов, синхронизирующий вход которого соединен с выходом задающего генератора 15., Выходы логических элементов 24,25 , подключены к одним входам двухвходовых элементов И-НЕ 26,27, второй вйод логического элемента 26 образует входной вывод канала узла регулировани  напр жени , а его выход подключен к второму входу логического элемента 27, выход которого подключен к входу логического элемента НЕ 28. Выходы логических элементов 27,28 образуют выходные выводы канала узла 20 регулировани  напр жени . Задающий генератор, выполненный в виде собственного задающего генератора 14 и триггера 29, выхода .ми подключен к входам усилительноразв зывающего узла 22 и трехканального логического узла 21, каждый канал которого выполнен в виде последовательно включённых логических

элементов 2И-2ИЛИ-НЕ. К другим входам логического узла 21 подключены вы ,ходы узла 20 регулировани  напр жени . Выходы логического узла, образованные выходами логических элементов J 30 и 31, подключены к входам усилительно-разв зывающего узла 22, подключенного своими выходами к управл ющим входам ключей однофазного инвертора 7 и к управл ющим входам ключей 1-6 трехфазного мостового ин0

вертора,

Принцип формировани  выходного напр жени  преобразовател  по сн етс  ременными диаграммами, приведенными

5 fta. фиг. 2.

Работает предлагаемый преобразователь следуюдим образом. Задающим генератором 15 задают частоту выходного напр жени  преобразовател , а

0 задающим генератором 14 - независимую

промежуточную высокую частоту, на которой работает согласующий трансформатор , питающий трехфазный мостовой инвертор. Импульсы с выхода задающего генератора 15 U ig поступают на тактовые входы триггеров 17-19 распределител  импульсов 16 и на синхронизирующий вход модул тора 23 ширины импульсов, вход щего в состав узла 20 регулировани  напр жени . С

выходов распределител  импульсов 16 сигналы с частотой, пропорциональной выходной частоте преобразовател , имеющие временной сдвиг на 120 относительно друг друга, поступают

5 на входы узла 20 регулировани  напр .жени , на другие входы которого по:ступают импульсы временной скважнос;ти с выхода модул тора ширины импульсов,, длительность которых равна длительности регулировочной паузы 06 . На выходе узла 20 регулировани  напр жени  формируют низкочастотные сигналы 32-37, имеющие вид, показанный на фиг. 2 () которые

поступают на входы логического узла

5

21, на другие входы которого поступают пр моугольные импульсы с выходов 38, 39 {изз 39 на фиг.2) триггера 29 высокочастотного задающе ,. го генератора. С выходов логического узла 21 снимают сигналы 40-45 .управлени  ключами трехфазного мосTOBioro инвертора ( Фиг. 2), поступающие на вход усилительноразв зывающего узла 22. В нем осуществл ют усиление и гальваническую разв зку сигналов управлени . Управл ющие импульсы с выходов усилительно-разв зывающего узла 22 поступают на управл ющие входы ключей 1-6 трехQ фазного мостового инвертора, В случае выполнени  вторичной обмотки 11 согласующего трансформатора 10 без нулевого вывода выходное фазное напр жение преобразовател  (например

2 дл  фазы А) будет иметь форму типа

пьедестал, обычную дл  трехфазного мостового инвертора, а при наличии нулевого вывода - типа меандр.

Согласование уровней напр жени  питани  и выходного напр жени  в предлагаемом преобразователе осуществл етс  прк помощи промежуточного высокочастотного преобразовани  электрической энергии. Преобразователь построен таким образом, что частота промежуточного преобразовани  не зависит от выходной частоты преобразовател  при регулировании последней в широком диапазоне от знчений , близких к нулевым, до номинальных . .

Известный преобразователь з не позвол ет решить эту задачу (планого регулировани  частоты), что делает по существу невозможным при|менение его в частотно-регулируемом синхронном электроприводе.- В случае же св занного регулировани  выходно частоты за счет соответствующего изменени  промежуточной высокой частоты высокочастотный согласующий трансформатор необходимо рассчитывать на минимальную промежуточную частоту /выходна  и промежуточна  частоты св заны следующим соотно- шением: j j.3m-lnp/ где tn 1,2,...

Так, например дл  обеспечени  диапазона регулировани  выходной частоты 10-1000 Гц согласующий трансформатор необходимо рассчитывать н на частоту 300 Гц.

В предложенном преобразователе промежуточна  высока  частота остаетс  посто нной во всем диапазоне регулировани  выходной частоты и может быть выбрана из услови  минимума массы высокочастотного согласующего трансформатора. Так, при частоте промежуточного высокочастотного преобразовани  i пр прочих равных услови х по диапазону выходной частоты масса согласующего трансформатора в предлагаемом преобразователе в 2,7 раза меньше, чем у прототипа, согласующий трансформатор которого рассчитан на частоту 300 Гц. Структура преобразовател  позвол ет обеспечить широкий диапазон регулировани  выходной частоты с одновременным согласованием уровней напр жени  питани  и тр уемого выходного напр жени  при наилучших массогабаритных показател х , полученных за счет применени  промежуточного высокочастотного преобразовани  электрической энергии, причем данное преобразование осуществл етс  при помощи только одного однофазного трансформатора ..

Таким образом, существенно расшир етс  область применени  преобразрвателей с промежуточным высокочастотным преобразованием. Благодар  достигнутой возможности плавного регулировани  выходной частоты и напр  жени  от нулевых значений до заданны номинальных при отсутствии в напр J лсении субгармоник и посто нной составл ющей также преобразователи можно примен ть не только в асинхронных, но и в синхронных частотно-регулируемых электроприводах. При этом в отличие от известных решений промежуточна  высока  частота, т.е. рабоча  частота согласующего трансформатора, остаетс  -посто нной, что позвол ет, существенно улучшить (за счет оптимизации этой частоты) массогабарит5 ные показатели трансформатора и, следовательно , всего преобразовател .

В наибольшей мере эффективность 0 такого типа преобразователей про вл етс  в области малых и средних мощностей , когда еще возможно транзисторное исполнение их силовой части. При пониженных выходных частотах пор дка 50 Гц и ниже такие преобразователи целесообразно выполн ть в тиристорном исполнении (с блоками принудительной коммутации).

изобретени 

Формула

Claims (3)

1.Преобразоратель посто нного напр жени  в трехфазное с промежуточ- ным звеном высокой частоты, содержащий однофазный инвертор с выходным трансформатором, вторична  обмотка которого подключена к входным силовым выводам трехфазного мостового инвертора на.ключах с двухсторонней

0 проводимостью, и блок управлени , включающий в себ  высокочастотный . задающий генератор, св занный через усилительно-разв зывающий узел с управл ющими входами однофазного инвертора, и распределитель импульсов, св занный через упом нутый усилительно-разв зывающий узел с .управл ющими входами ключей трехфазного инвертора, отличающийс  тем-, что, с

Q целью расширени  диапазона регулировани  выходной частоты и улучшени  массогабаритных показателей, его блок управлени  снабжен лополнительным задакнцим генератором, частота которого кратна выходной частоте преобразовател , трхканальным узлом регулировани  напр жени  и трехканальнвм логическим узлом, выходы которого подключены к входам усилительно-разв зывающего узла, одни из входов

0 каждого канала св заны с выходами высокочастотного задающего генератора , а другие входы каждого канала с выходами соответствующих каналов узла регулировани  напр жений, входы

5 которых св заны с выходами распреде ителн импульсов и выходом дополнительного задающего генератора.

2.Преобразователь по п.1, от л и чающийс  тем, что каждый из каналов логического узла выполнен в виде последовательно включенных логических элементов 2И-2И,Т1И-НЕ и НЕ выходы которых образуют выходы логического узла.

3.Преобразователь по пп. 1 и 2, отли ч ающи и с   тем, что трехканальный узел регулировани  напр жени  содержит модул тор ширины импульсов, из каналов содержит два трехвходовых, два двухвходовых логических элемента И-НЕ и один логический элемент НЕ, выход одного из трехвходовых элементов И-НЕ соединен с входом второго двухвходового элемента, выход второго трехвходового элемента соединен с одним из входов первого двухвходового элемента , второй вход которого образует один из входных выводов узла регулировани , а егоВЫХОД соединен с

ОДНЯ1.5 ВХС.ЩСГ.1

элемента, вь.ход которого один из выходных Еыводоз узлг гегулировани  и соединен с входом логического элемента КЕ, его выход образует второй выходной вывод узла, при этом перзые два входа т;оехвходси: х злементов образуют входпие }:-ыво; :м узла регу;;ировани , at их третьи входы подключены к модул тору ширины импульсоЗ: входом сз заи. с цопол ительныгл задающим генератором.

Источники информации, прин тые зо внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР

S №

163265, кл. Н 02 М 5/27, 1962. 2,Авторское свидетельство СССР

493872, кл. Н 02 М 5/27, 1975.

№ З.Антонов Б.М,, Данько Г.Ф. и Тро нска  Д.О. Инвертор с промежу20 точным звеном повышенной частоты, Труды ВЭИ. Силовые пслупроводиI.icoвые устройства. М., Энерги , 1967, с. 124-130 (прототип).

Й1

I гЧх РН-Н