SU875560A1

SU875560A1 - Method of multiplying multiphase ac voltage frequency

Info

Publication number: SU875560A1
Application number: SU792722789A
Authority: SU
Inventors: Борис Порфирьевич Соустин; Александр Викторович Казанцев; Владимир Иванович Иванчура
Original assignee: Красноярский Политехнический Институт
Priority date: 1979-02-12
Filing date: 1979-02-12
Publication date: 1981-10-23

Description

(54) СПОСОБ УМНО№НИЯ ЧАСТОТЫ МНОГОФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ(54) METHOD FOR INFORMATION MULTIPLE FREQUENCY OF MULTIPHASE AC VOLTAGE

1.one.

Изобретение относитс к электротехнике и предназначено дл преобразовани электрической энергии одной частоты в другую, более высокую.The invention relates to electrical engineering and is intended to convert electrical energy from one frequency to another, a higher one.

Известны способы умножени часто ты многофазного переменного напр жени путем циклического подключени фаз питающего напр жени к йагрузке. Попеременное образование цепей протекани foKa нагрузки происходит при помощи тиристорных мостов с естественной коммутацией Ll j и L2 j.Недостатком этого способа вл етс существенно ограниченный верхний предел выходной частоты, так как врем переключени тока одного направлени на другое определ етс временем спадани входного фазного напр жени от максимального значени до нул .Methods are known for multiplying the frequency of a multi-phase alternating voltage by cyclically connecting the phases of the supply voltage to the load. The alternating formation of the flow circuit foKa of the load takes place using thyristor bridges with natural commutation Ll j and L2 j. The disadvantage of this method is the significantly limited upper limit of the output frequency, since the switching time of the current from one direction to another is determined by the time the input phase voltage drops from maximum value to zero.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности вл етс способ , согласно которому нагрузку . циклически подключают к таким двумClosest to the invention to the technical essence is the method according to which the load. cyclically connected to these two

фазам многофазной системы, напр жение между которыми в момент подключени увеличивают на две другие фазы, напр жение которыми в момент подключени убывает 3.phases of a multiphase system, the voltage between which at the time of connection is increased by two other phases, the voltage of which at the time of connection decreases 3.

Недостатком известного способа вл ютс низкие энергетические показатели реализующих его устройств, что обусловлено плохой формой выходного напр жени и недостаточно полto ным использованием максимального значе1 и напр жени питающей сети.The disadvantage of this method is the low energy indicators of the devices implementing it, which is caused by the poor shape of the output voltage and insufficiently full use of the maximum value of 1 and the supply voltage.

Цель изобретени - улучшение энергетических показателей реализующей способ аппаратуры.The purpose of the invention is to improve the energy performance of the equipment implementing the method.

1515

Поставленна цель достигаетс тем, что согласно способу умножени частоты многофазного переменного напр жени , заключающемус в циклическом подключении фаз питающего напр жени This goal is achieved by the fact that, according to the method of multiplying the frequency of a multi-phase alternating voltage, which involves the cyclic connection of the phases of the supply voltage

20 к нагрузке посредством тиристоров с естественной коммутацией, переключение тока в каждой фазе нагрузки с одного направлени на другое осуществл ют включением нагрузки на напр жеиш1| одной из фаз питающего и дополнительного введенного напр же 1т , опережающего питающее на угол Q - , в тот момент времени, когда фазное питающее напр жение имеет максимальное значение, а дополнитель ное напр жение равно ну,пю. На фиг. 1 показано устройство, реализующее предлагаемый способ; на фиг. 2-4 - кривые напр жений, по сн ющие способ на примере формировани из двенадцатифаэной симметричной системы переменных напр жений () с частотой f одной фазы выходного напр жени частотой f на фиг. 5 - временные диаграммы напр жений и законов управлени тиристорами . Устройство содержит: трансформато ры 1-12 с основными 13-24 и дополнительными 25-32 вторичными обмотками диоды 33-40, включенные между одним зажимом нагрузки 4 и концами восьми основных обмоток, все начала которьк соединены с другим залсимом нагрузки 41; тиристоры 42-45, подключенные через-последовательно соединенные дне дополнительные и одну основную обмотки к нагрузке 41. Соединение первичных обмотоёс тран форматоров не приведено. Они могут быть соединены любым способом. Дополнительно введенное напр жение позвол ет уменьшить врем переключени тока нагрузки с одного направлени на другое и за счет этого увеличить частоту выходного напр жени . Чем больше амплитуда дополнительного напр жени , тем меньше врем переключени тока нагрузки, так как быстрее происходит спадание до нул суммы питающего и дополнительного на пр жений, подключенных на врем пере ключени к нагрузке. Естественна коммутаци возможна раньше выбранного момента включени нагрузки на сум му напр жений однако в этом случае ухудшаетс гармонический состав выхо ного напр жени . Пусть до момента зремени t. (фиг к нагрузке приложено напр жение U . В момент времени t/ начинают переклю чение тока нагрузки с положительного направлени на отрицательное путем включени нагрузки на сумму напр жекий Uj, и и. В этот момент вре мени напр жение U. имеет максимальное значение, а дополнительное напр 0 .4 ние равное сумме напр жений дес той и двенадцатой фаз равно нулю. Если нагрузка активна , в момент времени t ток нагрузки переходит через нуль и нагрузку включают на напр жение Ул, а в момент времени t - на напр жение . В момент времени t j начинают переключение тока нагрузки с отрицательного направлени - на положительное включением нагрузки на сумму напр жений и.., и и Up. На интервале времени t,-t происходит формирование отрицательной полуволны выходного напр жени Ly на интервале - положительный . Таким образом формируют выходное напр жение одной фазы с частотой . Аналогично формируют выходное напр жение остальных фаз, максимальное число которых может быть равно числу фаз входного напр жени . При активно-индуктивной нагрузке формирование фазы выходного напр жени происходит аналогично (фиг. З). Ток нагрузки переходит через нуль в в момент времени ri, и нагрузки включаетс на напр жение 11. Момент времени t-2, определ етс коэффициентом мощности нагрузки (cosV). Верхний предел выходной частоты во всем диапазоне изменени cos V (от I до 0) выражаетс через врем перекл-очени Tf, (фиг. 3) f, УП . Дл дополнительного напр жени , получаемого от двух фаз т-фазного питающего напр жени f2max f/j . При использовании большего числа фаЗ дл получени дополнительного напр жени и возможности повышени верхнего предела частоты увеличиваютс . Например , использу напр жение трех фаз (фиг. 4), в момент времени t нагрузку включают на сумму напр жений и, Ujo и i в этом слу f Устройство работает следующим образом . В момент времени t (фиг.5), когда нагрузка подключена к основной обмотке фазы трансформатора 1 через диод 33, включают тиристор 45 и к нагрузке 41 дополнительно прикладываетс сумма напр жений основной обмотки трансформатора 2 (напр жение Urt), дополнительных обмоток 31 фазы трансформатора 10 (напр жение 11) и 32 фазы- трансформатора 12 (напр жение Цр). Ток нагрузки начинает протёкать под действием напр жени U jf через тиристор 45. При активной иа1 рузке в момент времени t, тиристор 45 выключаетс и включаетс диод 38, так как у него наибрльшее напр жение на аноде. Нагрузка подключаетс к фазе трансформатора 9. В момент времени tj происходит естественна коммутаци тока с диода 38 на диод 39 и подключение нагрузки в фазе трансформатора 10. В момент времени t включают тиристор 44 и к нагрузке дополнительно прикладьгваетс сумм.а напр жений основной обмотки трансфор матора 11 дополнительных обмоток 30 фазы трансформатора 9 и дополнительных обмоток 29 фазы трансформатора 7, котора превышает напр жение основной обмотки трансформатора 10. Ток нагрузки начинает протекать под действием напр жени этих обмоток через тиристор 44. В случае активной нагрузки в момент времени t тиристор 44 выключаетс и включаетс очередной диод 36, затем 37 и т.д. Импульсы управлени тиристорами 42-45 показаны на фиг. 5. Если в момент времени t (фиг.5) произвести коммутацию тока нагрузки только на фаэу трансформатора 2, он при активной нагрузке станет равным нулю в момент времени t (момент перехода напр жени U2 через нуль). Если в момент времени t/( к напр жению U2. добавить напр жение других фаз и при этом суммарное напр жение в момент коммутации выше напр жени коммутируемой фазы и момента перехода суммарного напр жени через нул произойдет раньше, тем самым ускор етс процесс переключени тока нагру ки с одного направлени на другое. Этими услови ми удовлетвор ют напр ..жени и,, ,, и и . (/ 2 в момент времени t,). Если на сердечниках этих фаз намотать, дополнительные обмотки с любым коэффициентом трансформации (в частном случае K.l), использовать напр жение обмотки фазы 2, можно получить при различных времени переключени тока нагрузки с положительного направлени на отрицательное, меньгих (фиг. Схема соединени обмотки трансформатора 2 и двух дополнительных обмоток трансформаторов 10 и 12 привег.ена на фиг. 1. Увеличива коэффициент трансформа ции, МО7КНО повысить частоту выходно0 . 6 го напр жени . Во сколько необходимо увеличить амплитуду дополнительного напр жени относительно фазного питающего с периодом Т, при заданном времени переключени тока нагрузки, можно найти из выражени л / Т. Если использовать вместо двух или трех дополнительных обмоток с одну (11 фазы J с коэффициентом трансформации , соответственно равным 1,732 или 3,732, получают те же значени выходной частоты. С целью регулировани выходного напр жени диоды могут быть заменены тиристорами. Регулирова1ше частоты можно осуществл ть, измен число дополнительных обмоток нпи их коэффициент трансформации либо измен номера переключаемых фаз. Предлагаемый с.пособ предлагаетс использовать в тех случа х когда требуетс регулирование амплитуды или изменение числа фаз или то и другое вместе при любом измен ющемс cos ф с выходной частотой, выше частоты сети и имеющей одно или несколько посто нных значений измен ющихс дискретно. Использу преобразователь числа фаз трехфазное напр жение может быть преобразовано в выходное напр жение повышенной частоты с необходимым числом фаз. Кроме того, при посто нном заданном созЧ могут быть получены оптимальные соотношени числа фаз и количества дополнительных обмоток, обеспечивающие минимуьпл коэффициента нелинейных искажений в выходном, близком к трапецеидальному, напр жении . Использование предлагаемого способа позвол ет создать устройства, , превосход щие известные ло массогабаритным и энергетическим показател м . Более высокие энергетические показатели достигаютс путем улучшени формы выходного напр жени и более полного использовани питающего напр жени . Коэффициент гармоник крипой выходного напр жени на фиг,2 ,83%, коэффициент использова .ни по напр жению, определ емый отношением амплитуды первой гармоники и максимальному значению кривой, равен ,0,677, Дл кривой фиг. 2 эти коэффициенты равны К. 16,27% и. К 1,1, Кроме того, в зависимости от требований, предъ вл емых к устройству , можно понизить Кр до 8-10%20 to the load by means of thyristors with natural commutation, switching the current in each phase of the load from one direction to another is carried out by switching on the load on the voltage 1 | one of the phases of the power supply and the additional input voltage of 1 m, which is ahead of the power supply by the angle Q -, at that moment of time when the phase power supply has the maximum value, and the additional voltage is equal to, well. FIG. 1 shows a device that implements the proposed method; in fig. 2-4 are voltage curves that illustrate the method by the example of the formation of a symmetric system of alternating voltages from a twelve-phase system () with a frequency f of a single phase of the output voltage of frequency f in FIG. 5 shows time diagrams of voltages and thyristor control laws. The device contains: transformers 1-12 with main 13-24 and additional 25-32 secondary windings diodes 33-40 connected between one load terminal 4 and the ends of eight main windings, all of which are connected to another load 41; thyristors 42-45, connected through an additional serially connected bottom and one main winding to the load 41. The connection of the primary transformer capacitors is not given. They can be connected in any way. The additionally applied voltage reduces the switching time of the load current from one direction to another and thereby increases the frequency of the output voltage. The larger the amplitude of the additional voltage, the shorter the switching time of the load current, since the sum of the supply and additional supply to the voltage connected at the switching time to the load decreases to zero. Natural switching is possible before the chosen moment of switching on the load on the sum of voltages; however, in this case the harmonic composition of the output voltage deteriorates. Let till the moment of time t. (FIG. a voltage U is applied to the load. At time t /, the load current is switched from a positive direction to a negative one by switching on the load to the sum of the voltage Uj, and. At this time, the voltage U. has the maximum value, and additional voltage 0 .4 equal to the sum of the voltages of the tenth and twelfth phases is equal to 0. If the load is active, at the moment of time t the load current passes through zero and the load is turned on by the voltage Ul, and at the time t - by the voltage. moment tj start switching the load current from the negative direction to the positive by switching on the load on the sum of the voltages and .., and Up. On the time interval t, -t, a negative half-wave output voltage Ly is formed on the interval - positive. Thus, the output voltage of one phase is formed Analogously, the output voltage of the remaining phases is formed, the maximum number of which can be equal to the number of phases of the input voltage. With active-inductive load, the formation of the output voltage phase occurs in a similar way (Fig. 3). The load current passes through zero at time ri, and the voltage is turned on 11. The time t-2 is determined by the load power factor (cosV). The upper limit of the output frequency over the entire range of variation of cos V (from I to 0) is expressed in terms of the switching time Tf, (Fig. 3) f, UE. For the additional voltage received from the two phases of the t-phase supply voltage f2max f / j. When using a larger number of phases, to obtain additional voltage and the possibility of raising the upper limit of the frequency increases. For example, using the voltage of the three phases (Fig. 4), at time t, the load is switched on by the sum of the voltages and, Ujo and i in this case f. The device works as follows. At time t (Fig. 5), when the load is connected to the main phase winding of transformer 1 through diode 33, the thyristor 45 is turned on and the sum 41 of the main windings of transformer 2 (Urt), additional transformer phase windings 31 is additionally applied to the load 41 10 (voltage 11) and 32 phase transformer 12 (voltage Tsr). The load current begins to flow under the action of the voltage Ujf through the thyristor 45. When active and at the moment t, the thyristor 45 turns off and the diode 38 turns on, since it has the most intense voltage on the anode. The load is connected to the phase of the transformer 9. At the time tj, the current is naturally switched from diode 38 to diode 39 and the load is connected in the phase of transformer 10. At time t, the thyristor 44 is turned on and the load on the main winding of the transformer is applied to the load 11 additional windings 30 of the transformer 9 phase and additional windings 29 of the transformer 7 phase, which exceeds the voltage of the main winding of the transformer 10. The load current begins to flow under the action of the voltage of these windings through the thyristor 44. In the case of an active load at time t, the thyristor 44 turns off and the next diode 36 turns on, then 37, and so on. The thyristor control pulses 42-45 are shown in FIG. 5. If at the moment of time t (Fig. 5) the load current is switched only on the phase 2 of the transformer, with active load it will become zero at the moment of time t (the moment of transition of the voltage U2 through zero). If at time t / (to voltage U2. Add voltage of other phases and the total voltage at the time of switching is higher than the voltage of the switched phase and the time when the total voltage passes through zero, it will occur earlier, thereby accelerating the load current switching ki from one direction to another. These conditions are satisfied by the direction and, and,, and. (/ 2 at time t,). If the cores of these phases are wound, additional windings with any transformation ratio (in particular case Kl), use voltage ppm phase 2, can be obtained at different times of switching the load current from the positive direction to the negative, smaller ones (Fig. Wiring diagram of the transformer 2 winding and two additional windings of the transformers 10 and 12 are fixed in Fig. 1. Increasing the transformation ratio, increasing the frequency output 0. 6 voltage. How much is necessary to increase the amplitude of the additional voltage relative to the phase supply with a period T, for a given time of switching the load current can be found from the expression l / T. If used instead of two or three additional windings with one (11 J phase with the transformation ratio respectively equal to 1,732 or 3,732, receive the same value of the output frequency. In order to control the output voltage, the diodes can be replaced with thyristors. Frequency control can be made by changing the number of additional windings in their transformation ratio or by changing the number of switched phases. The proposed method is proposed to be used in cases where amplitude regulation or a change in the number of phases is required, or both together for any varying cos φ with an output frequency higher than the frequency of the network and having one or more constant values varying discretely. Using a phase number converter, the three-phase voltage can be converted to an output frequency voltage of high frequency with the required number of phases. In addition, with a constant given value, optimal ratios of the number of phases and the number of additional windings can be obtained, providing a minimum of nonlinear distortion in the output, close to the trapezoidal voltage. The use of the proposed method makes it possible to create devices that exceed the known weight and size and energy indices. Higher energy ratios are achieved by improving the shape of the output voltage and more fully utilizing the supply voltage. The harmonic coefficient of the output voltage creep in FIG. 2, 83%, the coefficient used in voltage, determined by the ratio of the amplitude of the first harmonic and the maximum value of the curve, is equal to 0.677. For the curve in FIG. 2 these coefficients are equal to K. 16.27% and. To 1.1, In addition, depending on the requirements for the device, you can reduce the Cr to 8-10%

либо повысить (при высоком ) до ,2, что невозможно осущес вить по известному способу.or increase (at high) to 2, which is impossible to do by a known method.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, превосходит известные умножители по КПД, на 3-10% и имеет массу, в 2,5-3 раза меньшую. По сравнению с серийно выпускаемыми тиристорными преобразовател ми частоты серии П4С устррйство, реализующее предлагаемый способ обеспечивает выигрьои по массе в Ij2-l,5 раза и отсутствие искусственной коммутации .A device that implements the proposed method, exceeds the known multipliers in efficiency, by 3-10% and has a mass of 2.5-3 times less. Compared with commercially available thyristor frequency converters of the P4C series, the device implementing the proposed method provides Ij2-l 5 times the weight gain and the absence of artificial switching.

Claims

1. Patent ClJA No. 3803478, cl. H 02 M 5/16, 1977.

2. USSR author's certificate number 296200, cl. H 02 M 5/10, 1969.

3. USSR author's certificate number 278847, cl. H 02 M 5/28, 1968.

a u / g Ug WV and y UeUj and, Ug u a a i and

FIG. five

and

W; 3

FIG.