непосредственный трехфазный преобразователь частоты с естественной коммутацией

Формула изобретения

Непосредственный трехфазный преобразователь частоты с естественной коммутацией, содержащий силовую схему, выходной фильтр и систему управления, отличающийся тем, что преобразователь содержит трехфазную силовую схему, трансформатор напряжения, блок трансформаторов тока, измеритель отклонения напряжения, задающий генератор, блок косинусной синхронизации и три блока формирования управляющих сигналов, причем входы силовой схемы преобразователя, содержащей тиристорные ключи, соединены с источником трехфазного высокочастотного напряжения, а ее выходы через выходной фильтр, блок трансформаторов тока и трансформатор напряжения - с выходными зажимами преобразователя, первый и второй входы блока косинусной синхронизации соединены с выводами для подключения источника высокочастотного напряжения, выходы которого соединены с первым и четвертым входами, первого, второго и третьего блоков формирования управляющих сигналов, первый и второй выходы которых соединены с управляющими входами трехфазной силовой схемы преобразователя, выход задающего генератора соединен со вторым, а выход измерителя отклонения напряжения соединен с третьим входом первого, второго и третьего блоков формирования управляющих сигналов, пятый вход которых соединен с выходом блока трансформаторов тока, вход измерителя отклонения напряжения соединен с выходом трансформатора напряжения, каждый из блоков формирования управляющих сигналов содержит сумматор, первый и второй компараторы, первый и второй логические элементы И, первый и второй распределители импульсов и датчик тока, первые входы первого и второго компараторов являются первым и четвертым соответственно входами блоков формировании управляющих сигналов, первый и второй входы сумматора являются вторым и третьим входами блоков формирования управляющих сигналов, выход сумматора соединен со вторыми входами первого и второго компараторов, выходы которых соединены с первыми входами первого и второго логических элементов И, вторые входы которых соединены с первым и вторым выходами соответственно датчика тока, вход которого является пятым входом блоков формирования управляющих сигналов, выходы первого и второго логических элементов И соединены с входами первого и второго распределителей импульсов, выходы которых являются первым и вторым выходами блоков формирования управляющих сигналов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в автономных системах электроснабжения для стабилизации частоты и напряжения источников электроэнергии с повышенной частотой генерируемого напряжения.

Известный трехфазный преобразователь частоты (патент РФ № 2216097, 7 Н02Р 9146, H02J 3116, Бюл. № 31, 2003), содержит трехфазную силовую схему полупроводниковых приборов, цепи искусственной коммутации, выходной фильтр, трансформаторы тока и напряжения, блок косинусной синхронизации, задающий генератор, регулятор частоты и три блока формирования управляющих сигналов.

Недостатками преобразователя являются низкая надежность работы из-за использования дополнительных силовых цепей искусственной коммутации и сложности системы управления, обеспечивающей стабилизацию напряжения за счет изменения угла сдвига фаз на входе преобразователя.

Наиболее близким по техническому решению является непосредственный трехфазный преобразователь частоты с естественной коммуникацией (по патенту РФ № 2349019, Бюл. № 7, 2009), содержащий силовую схему, выходной фильтр, трансформатор с вращающимся магнитным полем и систему управления, обеспечивающую естественную коммутацию силовых вентилей преобразователя.

Недостатком преобразователя является отсутствие стабилизации напряжения в несимметричных режимах работы.

Техническим решением поставленной задачи является стабилизация напряжения и частоты в несимметричных режимах работы с помощью системы управления непосредственным трехфазным преобразователем частоты с естественной коммуникацией силовых вентилей.

Техническое решение достигается тем, непосредственный трехфазный преобразователь частоты с естественной коммутацией, содержащий силовую схему, выходной фильтр и систему управления, согласно изобретению содержит трехфазную силовую схему, трансформатор напряжения, блок трансформаторов тока, измеритель отклонения напряжения, задающий генератор, блок косинусной синхронизации и блоки формирования управляющих сигналов, при этом входы силовой схемы преобразователя, содержащей тиристорные ключи, соединены с источником трехфазного высокочастотного напряжения, а ее выходы через выходной фильтр, блок трансформаторов тока и трансформатор напряжения - с выходными зажимами преобразователя, первый и второй входы блока косинусной синхронизации соединены с выводами для подключения источника высокочастотного напряжения, выходы которого соединены с первым и четвертым входами первого, второго и третьего блоков формирования управляющих сигналов, первый и второй выходы которых соединены с управляющими входами трехфазной силовой схемы преобразователя, выход задающего генератора соединен со вторым, а выход измерителя отклонения напряжения соединен с третьим входом первого, второго и третьего блоков формирования управляющих сигналов, пятый вход которых соединен с выходом блока трансформаторов тока, вход измерителя отклонения напряжения соединен с выходом трансформатора напряжения, каждый из блоков формирования управляющих сигналов содержит сумматор, первый и второй компараторы, первый и второй логические элементы И, первый и второй распределители импульсов и датчик тока, первые входы первого и второго компараторов являются первым и четвертым соответственно входами блоков формировании управляющих сигналов, первый и второй входы сумматора являются вторым и третьим входами блоков формирования управляющих сигналов, выход сумматора соединен со вторыми входами первого и второго компараторов, выходы которых соединены с первыми входами первого и второго логических элементов И, вторые входы которых соединены с первым и вторым выходами, соответственно, датчика тока, вход которого является пятым входом блоков формирования управляющих сигналов, выходы первого и второго логических элементов И соединены с входами первого и второго распределителей импульсов, выходы которых являются первым и вторым выходами блоков формирования управляющих сигналов.

Новизна заявленного технического решения обусловлена тем, что в составе преобразователя применяется три блока формирования управляющих сигналов, трансформатор напряжения, блок трансформаторов тока, измеритель отклонения напряжения, задающий генератор и блок косинусной синхронизации, что позволяет обеспечивать стабилизацию напряжения и частоты на выходе в несимметричных режимах работы.

По данным научно-технической и патентной литературы авторам не известна заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения уровню изобретения.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана структурная схема непосредственного преобразования частоты с естественной коммуникацией силовых вентилей, на фиг.2 - диаграммы напряжения и тока, поясняющие принцип работы преобразователя.

Функциональная схема преобразователя (фиг.1) содержит входные выводы 1, 2 и 3 для подключения источника электроэнергии повышенной частоты f₁, выходные выводы 4, 5 и 6 для подключения низкочастотной нагрузки с частотой f₂, трехфазную силовую схему 7, выходной фильтр 8, блок трансформаторов тока 9, трансформатор напряжения 10, блок косинусной синхронизации 11, задающий генератор низкочастотного синусоидального напряжения 12, измеритель отклонения напряжения 13 и три блока формирования управляющих сигналов 14, 15, 16. Каждый блок формирования управляющих сигналов содержит сумматор 17, первый и второй компараторы 18 и 19, первый и второй логические элементы И 20 и 21, датчик тока 22, первый и второй распределители импульсов 23 и 24.

На примере блока формирования управляющих сигналов 14, формирующего однофазное выходное напряжение, рассмотрим работу системы управления преобразователя по стабилизации частоты и напряжения.

Задающим генератором 12 синусоидального напряжения U_зг (фиг.1) устанавливаемая рабочая частота f₂ выходного напряжения преобразователя. Ведущий сигнал с задающего генератора 12 (фиг.2, а) поступает на первый ход сумматора 17, на второй вход которого поступает существующий сигнал об отклонении выходного напряжения U (фиг.2, а) от измерителя отклонения напряжения 13. Сигнал рассогласования суммируется с ведущим сигналом, и результирующий сигнал синусоидальной формы U_c (фиг.2, а) с выхода сумматора поступает на вторые входы компараторов 18 и 19. На первые входы компараторов 18 и 19 поступает опорный сигнал от блока косинусной синхронизации 11 (U_кс, фиг.2, а). В компараторах происходит сравнение двух сигналов ведущего - синусоидальной формы U и опорного - косинусные синхронизированные кривые U _кс, и при их равенстве формируются управляющие импульсы u_у1 и u_у2 (фиг.2, б), которые поступают на первые входы логических элементов И 20 и 21. В зависимости от полярности тока нагрузки и i_н, которую фиксирует датчик тока 22, управляющие сигналы u_у1 или u _у2 поочередно подаются на соответствующие управляющие электроды тиристоров трехфазной силовой схемы 7 преобразователя. На выходе силовой схемы НПЧ 7 формируются кривые напряжения положительного u_пт и отрицательного u_от типов (фиг.2, в). Выходной фильтр 8 сглаживает пульсации и напряжение u _н подключается к выходным выводам преобразователя 4, 5, и 6 соответственно. Естественная коммутация силовых тиристоров непосредственного преобразователя частоты обеспечивается за счет того, что когда ток нагрузки i_н имеет положительную полярность, на входе преобразователя из высокочастотного напряжения формируется низкочастотное напряжение из кривых положительного типа (фиг.2, в, г), когда i_н имеет отрицательную полярность, то низкочастотное напряжение формируется из кривых отрицательного типа (фиг.2, в, г) (Джюджи Л, Пелли Б. Силовые полупроводниковые преобразователи частоты. - М.: Энергоатомиздат, 1983, - 400 с., с.37-41).

Таким образом, стабилизация частоты на выходе непосредственного преобразователя осуществляется автоматически и ее определяет частота задающего генератора 12. Стабилизация напряжения осуществляется так же автоматически и она соответствует частоте сигнала задающего генератора 12.

Использование в составе трехфазного непосредственного преобразователя с естественной коммутацией трех блоков формирования управляющих сигналов, трансформатора напряжения, блока трансформаторов тока, измерителя отклонения напряжения, задающего генератора и блока косинусной синхронизации выгодно отличает предлагаемый преобразователь от известного, так как в несимметричных режимах работы обеспечивается стабилизация выходного напряжения и частоты.