RU2417509C1

RU2417509C1 - Frequency converter

Info

Publication number: RU2417509C1
Application number: RU2010105579/07A
Authority: RU
Inventors: Олег Владимирович Григораш (RU); Олег Владимирович Григораш; Анатолий Витальевич Винников (RU); Анатолий Витальевич Винников; Вячеслав Васильевич Алмазов (RU); Вячеслав Васильевич Алмазов; Николай Николаевич Кирьян (RU); Николай Николаевич Кирьян; Алина Олеговна Григораш (RU); Алина Олеговна Григораш
Priority date: 2010-02-16
Filing date: 2010-02-16
Publication date: 2011-04-27

Abstract

FIELD: electricity. ^ SUBSTANCE: device comprises the primary winding of a transformer connected to higher frequency voltage source, and its secondary winding includes the middle point. Besides, the origin of the second winding is connected to the input of the first and second antiparallel connected thyristors, output of which via an output filter is connected to the first output clamp of the converter. The end of the second transformer winding is connected to the origin of the third and fourth antiparallel connected thyristors, the output of which is connected to the output of the first and second antiparallel connected thyristors. The middle point of the secondary winding of the transformer via the output filter is connected to the second output clamp of the converter. Besides, a system of the converter control, which comprises a synchronisation unit, a sawtooth voltage generator, a transformer-rectifier unit, a pulse shaper, a driving oscillator, a generator of curve type, the first and second logical AND elements, the first and second pulse distributors, the first, second, third and fourth pulse amplifiers. ^ EFFECT: increased efficiency factor and reliability. ^ 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехники и предназначено для стабилизации напряжения и частоты высокочастотных источников систем электроснабжения.The invention relates to electrical engineering and is intended to stabilize the voltage and frequency of high-frequency sources of power supply systems.

Известен преобразователь частоты, содержащий выпрямитель, фильтр и автономный инвертор (Ю.К.Розанов «Основы силовой электроники». - М.: Энергоатомиздат 1992 г., рис.3.22), недостатками которого являются: низкие показатели кпд и надежности из-за применения звена постоянного тока.A known frequency converter containing a rectifier, a filter and an autonomous inverter (Yu.K. Rozanov "Fundamentals of power electronics". - M .: Energoatomizdat 1992, Fig. 3.22), the disadvantages of which are: low efficiency and reliability due to the use DC link.

Наиболее близким по техническому решению является преобразователь частоты, выполненный с использованием трансформатора и непосредственного преобразователя частоты (Ю.К.Розанов «Основы силовой электроники». - М.: Энергоатомиздат, 1992 г., рис.3.23)Closest to the technical solution is a frequency converter made using a transformer and a direct frequency converter (Yu.K. Rozanov, "Fundamentals of Power Electronics". - M .: Energoatomizdat, 1992, Fig. 3.23)

Недостатком преобразователя являются низкие показатели кпд и надежности.The disadvantage of the Converter are low efficiency and reliability.

Техническим решением поставленной задачи является повышение кпд и надежности работы.The technical solution to the problem is to increase efficiency and reliability.

Поставленная задача достигается тем, что преобразователь частоты, содержащий трансформатор со средней точкой и силовые полупроводниковые ключи, согласно изобретению первичная обмотка трансформатора соединена с источником напряжения повышенной частоты, а его вторичная обмотка содержит среднюю точку, причем начало второй обмотки соединено с входом первого и второго встречно-параллельно соединенных тиристоров, выход которых через выходной фильтр соединен с первым выходным зажимом преобразователя, конец второй обмотки трансформатора соединен с началом третьего и четвертого встречно-параллельно соединенных тиристоров, выход которых соединен с выходом первого и второго встречно-параллельно соединенных тиристоров, средняя точка вторичной обмотки трансформатора через выходной фильтр соединена со вторым выходным зажимом преобразователя, система управления преобразователем содержит блок синхронизации, генератор пилообразного напряжения, трансформаторно-выпрямительный блок, формирователь импульсов, задающий генератор, генератор типа кривой, первый и второй логические элементы И, первый и второй распределитель импульсов, первый, второй, третий и четвертый усилители импульсов, причем первый и второй входы блока синхронизации соединены со средней точкой и концом вторичной обмотки трансформатора, а его выход через генератор пилообразного напряжения соединен с первым входом формирователя импульсов, второй вход которого через трансформаторно-выпрямительный блок соединен с первым и вторым выходными зажимами преобразователя, выход формирователя импульсов соединен со вторыми входами первого и второго логических элементов И, первые входы которых соединены с первым и вторым выходами генератора типа кривой, вход которого соединен с выходом задающего генератора, выходы первого и второго логических элементов И соединены с входом первого и второго распределителя импульсов соответственно, первый и второй выход первого распределителя импульсов, первый и второй выход второго распределителя импульсов через первый, второй, третий и четвертый усилители импульсов соответственно соединены с управляющими электродами первого, третьего, второго и четвертого тиристоров.The task is achieved in that the frequency converter containing the transformer with a midpoint and power semiconductor switches, according to the invention, the primary winding of the transformer is connected to a voltage source of high frequency, and its secondary winding contains a midpoint, and the beginning of the second winding is connected to the input of the first and second counter - parallel connected thyristors, the output of which through the output filter is connected to the first output terminal of the converter, the end of the second transformer winding connected to the beginning of the third and fourth counter-parallel connected thyristors, the output of which is connected to the output of the first and second counter-parallel connected thyristors, the middle point of the transformer secondary winding through the output filter is connected to the second output terminal of the converter, the converter control system contains a synchronization unit, a sawtooth generator voltage, transformer-rectifier unit, pulse shaper, master oscillator, curve type generator, the first and second logic There are And elements, the first and second pulse distributor, the first, second, third and fourth pulse amplifiers, the first and second inputs of the synchronization unit being connected to the midpoint and the end of the secondary winding of the transformer, and its output through a sawtooth generator connected to the first input of the pulse shaper , the second input of which is connected through the transformer-rectifier unit to the first and second output terminals of the converter, the output of the pulse shaper is connected to the second inputs of the first and second gates And, the first inputs of which are connected to the first and second outputs of a curve type generator, the input of which is connected to the output of the master oscillator, the outputs of the first and second logic gates And are connected to the input of the first and second pulse distributor, respectively, the first and second output of the first pulse distributor, the first and second output of the second pulse distributor through the first, second, third and fourth pulse amplifiers are respectively connected to the control electrodes of the first, third, second and the fourth thyristors.

Новизна технического решения заключается в том, что в качестве преобразователя частоты используется реверсивный выпрямитель, выполненный на двух парах встречно-параллельно включенных тиристоров, а система управления обеспечивает независимую стабилизацию частоты и выходного напряжения преобразователя.The novelty of the technical solution lies in the fact that a reversible rectifier is used as a frequency converter, made on two pairs of in-parallel connected thyristors, and the control system provides independent stabilization of the frequency and output voltage of the converter.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена принципиальная схема преобразователя частоты; на фиг.2 - диаграммы напряжений, поясняющие принцип работы преобразователя частоты.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a schematic diagram of a frequency converter; figure 2 - voltage diagrams explaining the principle of operation of the frequency Converter.

Преобразователь частоты содержит трансформатор 1, первичная обмотка 2 имеет выводы 3, 4, которые подключены к источнику напряжения повышенной частоты, вторичные обмотки 5, 6, имеющие выводы 7, 8, 9. К началу 7 вторичной обмотки 5 встречно-параллельно подключены тиристоры 10, 11. К выводу 9 вторичной обмотки 6 встречно-параллельно подключены тиристоры 12, 13. Выходы тиристорных блоков соединены между собой и подключены к входу 14 выходного фильтра 15, второй вход 16 фильтра 15 подключен к средней точке 8 трансформатора 1. Выходы 17 и 18 фильтра 15 служат для подключения нагрузки.The frequency converter contains a transformer 1, the primary winding 2 has conclusions 3, 4, which are connected to a voltage source of increased frequency, the secondary windings 5, 6, having conclusions 7, 8, 9. To the beginning of the 7th secondary winding 5, thyristors 10 are connected in parallel 11. To the output 9 of the secondary winding 6, thyristors 12, 13 are connected in opposite-parallel fashion. The outputs of the thyristor units are interconnected and connected to the input 14 of the output filter 15, the second input 16 of the filter 15 is connected to the midpoint 8 of the transformer 1. Filter outputs 17 and 18 15 serve to connect loadings.

Система управления 19 содержит: блок синхронизации 20, вход которого подключен к выводам 8,9 трансформатора 1, а выход - к генератору пилообразного напряжения 21. Вход трансформаторно-выпрямительного блока 22 подключен к выходам 17 и 18 фильтра 15. Выходы генератора пилообразного напряжения 21 и трансформаторно-выпрямительного блока 22 подключены к формирователю импульсов 23, выход которого подключен к вторым входам логических элементов 24 и 25. Выход задающего генератора 26 подключен к генератору типа кривой 27, выходы которого подключены к первым входам логических элементов 24, 25. Выходы логических элементов 24 и 25 подключены к входам распределителей импульсов 28 и 29 соответственно. Первый выход распределителя импульсов 28 подключен к усилителю импульсов 30, а второй выход - к усилителю импульсов 31. Первый выход распределителя импульсов 29 подключен к усилителю импульсов 32, а второй выход - к усилителю импульсов 33. Усилители импульсов 30, 31, 32 и 33 подключены к тиристорам 10, 12, 11 и 13 соответственно.The control system 19 includes: a synchronization unit 20, the input of which is connected to the terminals 8.9 of the transformer 1, and the output is connected to a sawtooth voltage generator 21. The input of the transformer-rectifier unit 22 is connected to the outputs 17 and 18 of the filter 15. The outputs of the sawtooth voltage generator 21 and the transformer-rectifier unit 22 is connected to a pulse shaper 23, the output of which is connected to the second inputs of the logic elements 24 and 25. The output of the master oscillator 26 is connected to a curve type generator 27, the outputs of which are connected to the first input the logic elements 24, 25. The outputs of the logic elements 24 and 25 are connected to the inputs of the pulse distributors 28 and 29, respectively. The first output of the pulse distributor 28 is connected to the pulse amplifier 30, and the second output to the pulse amplifier 31. The first output of the pulse distributor 29 is connected to the pulse amplifier 32, and the second output to the pulse amplifier 33. The pulse amplifiers 30, 31, 32 and 33 are connected to thyristors 10, 12, 11 and 13, respectively.

Преобразователь частоты работает следующим образом. К вводу преобразователя частоты 3, 4 подключено высокочастотное напряжение, которое понижается до требуемого уровня, необходимого для нагрузки трансформатором 1. Реверсивный выпрямитель понижает частоту источника, а выходной фильтр 15 сглаживает высшие гармоники, обеспечивая требуемое качество выходного напряжения.The frequency converter operates as follows. A high-frequency voltage is connected to the input of the frequency converter 3, 4, which decreases to the required level necessary for the load by the transformer 1. A reversible rectifier reduces the frequency of the source, and the output filter 15 smooths the higher harmonics, ensuring the required quality of the output voltage.

Система управления работает следующим образом. Задающий генератор 26 формирует низкочастотный сигнал синусоидальной формы, соответствующий частоте нагрузки (фиг.2а), который поступает на вход генератора типа кривой 27, на выходе генератора формируются импульсы, соответствующие положительной и отрицательной полуволне задающего генератора (фиг.2б). Сигналы с выхода генератора типа кривой 27 подаются на первые входы логических элементов И 24 и 25 соответственно, на второй вход которых поступает сигнал, синхронизированный с напряжением источника питания (фиг.2в, г), через генератор пилообразного напряжения 21 и формирователь импульсов 23. Кроме того, длительность этого сигнала пропорциональна величине выходного напряжения преобразователя частоты, поскольку длительность формирующего импульса управления зависит от величины выходного напряжения трансформаторно-выпрямительного блока 22, вход которого подключен к выходам преобразователя частоты 17, 18 (фиг.2д, е).The control system operates as follows. The master oscillator 26 generates a low-frequency sinusoidal signal corresponding to the frequency of the load (figa), which is input to the generator of the curve type 27, pulses corresponding to the positive and negative half-wave of the master oscillator are generated at the generator output (fig.2b). The signals from the output of the generator of the curve 27 type are fed to the first inputs of the logical elements And 24 and 25, respectively, the second input of which receives a signal synchronized with the voltage of the power source (figv, d), through a sawtooth voltage generator 21 and a pulse shaper 23. In addition Moreover, the duration of this signal is proportional to the output voltage of the frequency converter, since the duration of the forming control pulse depends on the output voltage of the transformer-rectifier unit 22, od which is connected to the outputs of the frequency converter 17, 18 (2E, e).

При положительной полярности низкочастотного выходного напряжения срабатывает логический элемент И 24 и импульсы управления через первое распределительное устройство 28 и усилители импульсов 30, 31 поступают на управляющие электроды тиристоров 10 и 12 силовой схемы реверсивного выпрямителя и на выходе преобразователя формируются положительные полуволны из (фиг.2, ж, 0÷π). При отрицательной полярности срабатывает логический элемент И 25 и импульсы управления через второе распределительное устройство 29 и усилители импульсов 32, 33 поступают на управляющие электроды тиристоров 11 и 13 силовой схемы реверсивного выпрямителя и на выходе преобразователя формируется положительная полуволна u₂ (фиг.2, ж, π÷2π). Выходной фильтр 15 подавляет высшие гармоники и на выводах формируется низкочастотный сигнал из (фиг.2, ж).With a positive polarity of the low-frequency output voltage, the logic element And 24 is triggered and the control pulses through the first switchgear 28 and the pulse amplifiers 30, 31 are fed to the control electrodes of the thyristors 10 and 12 of the power circuit of the reversing rectifier and positive half-waves are formed at the converter output (Fig. 2, Well, 0 ÷ π). With a negative polarity, the logic element And 25 is triggered and the control pulses through the second switchgear 29 and the pulse amplifiers 32, 33 are fed to the control electrodes of the thyristors 11 and 13 of the power circuit of the reversing rectifier and a positive half-wave u ₂ is formed at the converter output (Fig. 2, g, π ÷ 2π). The output filter 15 suppresses the higher harmonics and at the terminals a low-frequency signal is generated from (Fig.2, g).

К примеру, при понижении уровня выходного напряжения снижается и значение u_твб (фиг.2, з, u'_твб), тем самым увеличивая длительность импульсов (фиг.2, и, u'_фи), что приводит к увеличению времени открытого состояния тиристоров реверсивного выпрямителя и, как следствие, увеличению уровня выходного напряжения (фиг.2, к, u'₃).For example, when lowering the level of the output voltage, the value of u _{TVB also decreases} (Fig. 2, h, u ' _tvb ), thereby increasing the pulse duration (Fig. 2, u, u' _phi ), which leads to an increase in the open time of the thyristors reversible rectifier and, as a consequence, increase the level of output voltage (Fig.2, k, u ' ₃ ).

Использование в составе преобразователя частоты реверсивного выпрямителя, выполненного на двух парах встречно-параллельно включенных тиристоров и предложенной системы управления, обеспечивающей независимую стабилизацию частоты и напряжения, выгодно отличает предлагаемый стабилизатор от известного, так как повышается надежность его работы и кпд.The use of a reversible rectifier in the frequency converter, made on two pairs of on-parallel connected thyristors and the proposed control system that provides independent stabilization of frequency and voltage, compares the proposed stabilizer from the known one, as its operation reliability and efficiency increase.

Claims

A frequency converter containing a transformer with a midpoint and power semiconductor switches, characterized in that the primary winding of the transformer is connected to a voltage source of increased frequency, and its secondary winding contains a midpoint, and the beginning of the second winding is connected to the input of the first and second counter-parallel connected thyristors , the output of which through the output filter is connected to the first output terminal of the converter, the end of the second winding of the transformer is connected to the beginning of the third and fourth counter-parallel connected thyristors, the output of which is connected to the output of the first and second parallel-connected thyristors, the middle point of the secondary winding of the transformer through the output filter is connected to the second output terminal of the converter, the converter control system contains a synchronization unit, a sawtooth voltage generator, a transformer-rectifier block , pulse shaper, master oscillator, curve type generator, first and second logic elements And, first and second distribution pulse generator, the first, second, third and fourth pulse amplifiers, the first and second inputs of the synchronization unit connected to the midpoint and the end of the secondary winding of the transformer, and its output through a sawtooth generator connected to the first input of the pulse shaper, the second input of which is through the transformer the rectifier unit is connected to the first and second output terminals of the converter, the output of the pulse former is connected to the second inputs of the first and second logic elements AND, the first inputs of the cat They are connected to the first and second outputs of a curve type generator whose input is connected to the output of the master oscillator, the outputs of the first and second logic gates And are connected to the input of the first and second pulse distributor, respectively, the first and second output of the first pulse distributor, the first and second output of the second distributor pulses through the first, second, third and fourth pulse amplifiers are respectively connected to the control electrodes of the first, third, second and fourth thyristors.