ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ


RU (11) 2020708 (13) C1

(51) 5 H02M5/27 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 5007458/07 
(22) Дата подачи заявки: 1991.07.03 
(45) Опубликовано: 1994.09.30 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Авторское свидетельство СССР N 668044, кл. H 02K 17/44, 1977. 2. Авторское свидетельство СССР N 1104639, кл. H 02M 5/22, 1983. 
(71) Заявитель(и): Киевский политехнический институт 
(72) Автор(ы): Галиновский А.М.; Семидел С.П.; Мережук А.В.; Галиновская Е.А. 
(73) Патентообладатель(и): Киевский политехнический институт 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ 

Использование: в электротехнике для преобразования частоты переменного тока по принципу преобразования биений напряжения. Сущность изобретения: устройство содержит каскадный преобразователь, две асинхронные машины 2,3, вентильный коммутатор 15 в виде трех трехфазных полупроводниковых ключей 18, 19, 20. Блок выделения несущей частоты 16 соединен с распределителем сигналов управления 17. В качестве ключей использованы симисторы. 4 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для преобразования частоты переменного тока по принципу преобразования биений напряжения.

Известен преобразователь частоты, содержащий источник биения напряжений, выполненный в виде каскадного преобразователя, состоящего из двух трехфазных асинхронных машин, сидящих на одном валу с приводным двигателем, первичная обмотка каждой трехфазной асинхронной машины подключена к питающей сети, вентильный коммутатор и трехфазную нагрузку [1].

Недостатком этого преобразователя является невысокое качество формы кривых выходного тока, имеющих значительные искажения.

Наиболее близким по технической сущности и по достигаемому результату к изобретению является преобразователь частоты, содержащий источник биения напряжений, выполненный в виде каскадного преобразователя, состоящего из двух трехфазных асинхронных машин, сидящих на одном валу с приводным двигателем, первичная обмотка каждой трехфазной асинхронной машины состоит из трех одинаковых трехфазных секций, вентильный коммутатор, блок выделения несущей частоты, выход которого соединен с входом распределителя сигналов управления, выходы которого подключены к входам электронных ключей вентильного коммутатора, и трехфазную нагрузку [2].

Недостатком этого преобразователя является сложность конструкции, заключающаяся в том, что требуется большое количество электронных ключей (тиристоров) и соответственно сложная система управления, в частности распределитель сигналов управления для коммутации этих электронных ключей.

Целью изобретения является упрощение конструкции преобразователя частоты.

Это достигается тем, что в предлагаемом преобразователе частоты вентильный коммутатор выполнен в виде трех трехфазных полупроводниковых ключей, выполненных на симисторах, символические катоды (аноды) которых, потенциально связанные с управляющими электродами, соединены в звезду, управляющие электроды симисторов каждого трехфазного полупроводникового ключа через балластные сопротивления объединены в звезду и подключены к соответствующим выводам распределителя сигналов управления, а к символическим анодам (катодам) симисторов подключены начала фаз трехфазных секций вторичной обмотки первой трехфазной асинхронной машины, причем к первому полупроводниковому трехфазному ключу присоединены первая фаза первой секции, третья фаза второй секции и вторая фаза третьей секции, к второму полупроводниковому трехфазному ключу - вторая фаза первой секции, первая фаза второй секции и третья фаза третьей секции, к третьему полупроводниковому трехфазному ключу - третья фаза первой секции, вторая фаза второй секции и первая фаза третьей секции, концы фаз трехфазных секций вторичной обмотки первой трехфазной асинхронной машины соединены с началами фаз одноименных трехфазных секций вторичной обмотки второй трехфазной асинхронной машины, причем в первых секциях соединены между собой первые, вторые и третьи фазы, во вторых секциях - первая с третьей, вторая с первой и третья со второй фазами, в третьих секциях - первая со второй, вторая с третьей и третья с первой фазами, концы фаз трехфазных секций вторичной обмотки второй трехфазной асинхронной машины объединены посекционно и подключены соответственно к первой, второй и третьей фазам трехфазной нагрузки, а входы блока выделения несущей частоты присоединены к началам фаз вторичной обмотки первой трехфазной асинхронной машины.

Такое решение позволит упростить конструкцию преобразователя частоты за счет того, что используется только три электронных ключа, и при этом также упрощается распределитель сигналов управления.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема преобразователя частоты; на фиг.2-4 - временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя.

Преобразователь частоты содержит источник биения напряжений, выполненный в виде каскадного преобразователя 1, состоящего из двух трехфазных асинхронных машин 2,3, сидящих на одном валу с приводным двигателем (не показан), первичные обмотки 4,5 первой 2 и второй 3 машин подключены к питающей сети 6, вторичные обмотки 7,8 первой и второй машин состоят из трех одинаковых трехфазных секций 9,10,11 и 12,13,14 соответственно, вентильный коммутатор 15, блок 16 выделения несущей частоты, выход которого соединен с входом распределителя 17 сигналов управления, выходы которого подключены к управляющим электродам трехфазных полупроводниковых ключей 18,19,20 вентильного коммутатора 15, и трехфазную нагрузку 21.

Вентильный коммутатор 15 выполнен в виде трех трехфазных полупроводниковых ключей 18,19,20, состоящих соответственно из симисторов 22-24,25-27,28-30, катоды (аноды) каждого из которых потенциально связанные с управляющими электродами, соединены в звезду, а аноды (катоды) подключены к выводам переменного тока - начала фаз трехфазных секций 9,10,11 вторичной обмотки 7 первой машины 2. Причем к первому трехфазному полупроводниковому ключу 18 присоединены первая фаза а11 первой секции 9, третья фаза с21 второй секции 10 и вторая фаза b31третьей секции 11; к второму трехфазному полупроводниковому ключу 19 - вторая фаза b11 первой секции 9, первая фаза а21 второй секции 10 и третья фаза с31 третьей секции; к третьему трехфазному полупроводниковому ключу 20 - третья фаза с11 первой секции 9, вторая фаза b21 второй секции 10 и первая фаза а31 третьей секции 11.

Концы фаз трехфазных секций 9,10,11 вторичной обмотки 7 первой машины 2 соединены с началами фаз одноименных трехфазных секций 12,13,14 вторичной обмотки 8 второй машины 3, причем в первых секциях 9,12 соединены между собой первые а11,а12, вторые b11,b12 и третьи с11,с12фазы; во вторых секциях 10,13 - первая а21 с третьей с22, вторая b21 с первой а22 и третья с21 со второй b22 фазами, в третьих секциях 11,14 - первая а31 - со второй b32, вторая b31 - с третьей с32 и третья - с первой а32 фазами. Концы фаз трехфазных секций 12,13,14 вторичной обмотки 8 второй машины 3 объединены посекционно (а12,b12,с12; a22,b22,c22; a32,b32,c32) и подключены соответственно к первой А, второй B и третьей С фазам трехфазной нагрузки 21, а входы блока 16 выделения несущей частоты присоединены к началам фаз a11,b12,c11,a21, b21,c21,a31,b31,c31 вторичной обмотки 7 первой машины 2.

Преобразователь частоты работает следующим образом.

Первичные обмотки 4,5 трехфазных асинхронных машин 2,3 подключены к питающей сети 6 таким образом, чтобы вращение создаваемых ими полей осуществлялось в противоположных направлениях. Тогда на выходах всех фаз вторичных обмоток 4,5, соединенных между собой, наводятся суммарные ЭДС:

laA= l+l= Eмsinнtcosбt

lBA= l+l= Eмsin(нt-120)cosбt (фиг. 2a)

lCA= l+l= Eмsin(нt-240)cosбt

laB= l+l= Eмsinнtcos(бt-120)

lbb= l+l= Eмsin(нt-120)cos(б-120) (фиг. 2б)

lCB= l+l= Eмsin(нt-240)cos(б-120)

laC= l+l= Eмsinнtcos(бt-240)

lbC= l+l= Eмsin(нt-120)cos(бt-240) (фиг. 2в)

lcc= l+l= Eмsin(нt-240)cos(бt-240)

Здесь laA,...lcC - суммарная ЭДС соответствующих фаз;

l, ... , l - ЭДС соответствующих фаз первой машины 2;

l, ... , l - ЭДС соответствующих фаз второй машины 3;

Ем - амплитудное значение ЭДС;

н - несущая частота напряжения;

б - частота биений напряжения.

Эти ЭДС можно получить, если одна из машин (например, первая машина 2) работает в режиме электромагнитного тормоза, а вторая машина 3 - в режиме генератора.

Биения напряжений поступают на входы блока 16 выделения несущей частоты, в результате чего на его выходе, а следовательно, и на входе распределителя 17 сигналов управления выделяются напряжения несущей частоты (фиг.3а).

В распределителе 17 сигналов управления из напряжений несущей частоты выделяется исходная переключающая функция (фиг.3б,в,г), сигналы которой подаются на управляющие электроды трехфазных полупроводниковых ключей 18,19,20.

В течение одного периода модулирующего напряжения низкой частоты сигнал управления на трехфазный полупроводниковый ключ 18 (симисторы 22-24) подается в моменты времени 1, 4, 7, 10, 13, 16 (фиг.3в), на трехфазный полупроводниковый ключ 19 (симисторы 25-27) - в моменты времени 2, 5, 8, 11, 14, 17 (фиг.3в) и на трехфазный полупроводниковый ключ 20 (симисторы 28-30) - в моменты времени 3, 6, 9, 12, 15, 18 (фиг.3г), т.е. сигналы управления на симисторы, принадлежащие одному ключу, подаются одновременно.

При этом в момент времени 1 откроются симисторы 22,23,24, причем по симисторам 22 и 24 будут протекать токи положительной полярности, а по симистору 23 - отрицательной, ток будет протекать через фазы а11,а12; с21, а22; b31,с32 и нагрузку 21.

В момент времени 2 снимается сигнал управления с трехфазного полупроводникового ключа 18 и подается сигнал управления на трехфазный полупроводниковый ключ 19, что приводит к отпиранию симисторов 25,26,27. Образуются три контура коммутации: I контур - симистор 22; фаза а11,а12; фаза b12,b11; симистор 26; фазы а21,с22; b22,c21; симистор 23; II контур - симистор 23; фазы с21,b22; с22,а21; симисторы 26,27; фазы с31,а32; с32,b31; симистор 24; III контур - симистор 24; фазы b31,c32; а32,с31; симисторы 27,25; фазы b11, b12; а12, а11; симистор 22. Протекающие в этих контурах коммутационные токи приводят к запиранию симисторов 22,23,24, после чего ток будет протекать через симисторы 25,26,27 и фазы b11,b12; а21,с22; с31, а32 и нагрузку 21.

В момент времени 3-18 процессы будут протекать аналогично (см.таблицу).

В результате такой естественной коммутации симисторов вентильного коммутатора 15 на трехфазной нагрузке 21 появляется напряжение: на фазе А - UА (фиг. 4а), на фазе B - UB (фиг.4б), на фазе С - UC (фиг.4в), и через фазы нагрузки 21 будет протекать ток, первая гармоника которого показана на фиг. 4г.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет упростить конструкцию преобразователя частоты за счет уменьшения количества полупроводниковых элементов и упрощения системы управления. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ, содержащий источник биения напряжений, выполненный в виде каскадного преобразователя, состоящего из двух трехфазных асинхронных машин, размещенных на одном валу с приводным двигателем, первичная обмотка каждой трехфазной асинхронной машины подключена к питающей сети, вторичная обмотка каждой трехфазной асинхронной машины состоит из трех одинаковых трехфазных секций, вентильный коммутатор, блок выделения несущей частоты, выход которого соединен с входом распределителя сигналов управления, выходы которого подключены к управляющим входам электронных ключей вентильного коммутатора, и цепь трехфазной нагрузки, отличающийся тем, что вентильный коммутатор выполнен в виде трех трехфазных полупроводниковых ключей, выполненных на симисторах, одни силовые выводы которых, потенциально связанные с управляющими электродами, соединены в звезду, а к другим силовым выводам подключены начала фаз трехфазных секций вторичной обмотки первой трехфазной асинхронной машины, причем к первому трехфазному полупроводниковому ключу присоединены первая фаза первой секции, третья фаза второй секции и вторая фаза третьей секции, к второму трехфазному полупроводниковому ключу - вторая фаза первой секции, первая фаза второй секции и третья фаза третьей секции, к третьему трехфазному полупроводниковому ключу - третья фаза первой секции, вторая фаза второй секции и первая фаза третьей секции, концы фаз трехфазных секций вторичной обмотки первой трехфазной асинхронной машины соединены с началами фаз одноименных трехфазных секций вторичной обмотки второй трехфазной асинхронной машины, причем в первых секциях соединены между собой первые, вторые и третьи фазы, во вторых секциях - первая с третьей, вторая с первой и третья с второй фазами, в третьих секциях - первая с второй, вторая с третьей и третья с первой фазами, концы фаз трехфазных секций вторичной обмотки второй трехфазной асинхронной машины объединены посекционно и подключены соответственно к первой, второй и третьей фазам цепи трехфазной нагрузки, а входы блока выделения несущей частоты присоединены к началам фаз вторичной обмотки первой трехфазной асинхронной машины.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru