Claims (3)
Более совершённым вл етс трехфазнооднофазный НПЧ (2), выполненный на уп ,равл емых ключах переменного тока, в котором дл создани эквивалентного числа фаз, равного 12, используетс согласующий трехобмоточиый трансформатор. Теоретический коэффициент гармоник кривой выходного напр жени данного НПЧ состав л ет 15,2%. Однако с целью применени данного НПЧ дл питани однофазных нагрузок требуетс увеличение установленной мощности указанного трансформатора. Кроме того, из-за большого количества вентилей, включенных последовательно с нагрузкой в каждый момент времени, ухудшаетс жесткость внешней характеристики НПЧ и возрастают потерн в силовой схеме. Нанболее близким по технической суш,ности и достигаемому положительному эффекту к изобретению вл етс трехфазнооднофазный НПЧ 3. Он содержит трехфазный мост на управл емы ключах с двусторонней проводимостью и автотрансформатор (AT) с ответвлени ми, подключенный к выходным выводам моста, при этом ответвлени AT через вспомогательные ключи соединены .с входным нулевым выводом преобразовател . Крива выходного напр жени формируетс из 12-фазной симметричной системы линейных напр жений (mi, 12), благодар чему коэффициент гармоник ее составл ет 15,2%, как и в предыдущей схеме, Основными недостатками прототипа вл ютс : а)ограничение нижнего предела регулировани выходной частоты, так как при частотах few х масса и габариты AT существенно возрастают; б)необходимость установки согласующего трансформатора между сетью и НПЧ, поскольку в общем случае номинальное напр жение нагрузки отличаетс от линейного (фазного) напр жени сети. Так как теоретический коэффициент преобразовани по напр жению схем данных ПЧ всегда ниже 1, то даже в частном случае, когда номинальное напр жение нагрузки совпадает с линейным напр жением сети, НПЧ не сможет обеспечить питание нагрузки ее номинальным напр жением. (Практический коэффициент преобразовани по напр жению, учитывающий потери в схеме, естественно, будет меньще теоретического ). Целью изобретени вл етс расщирение диапазона регулировани выходных частот. Указанна цель достигаетс тем, что известный трехфазно-однофазный НПЧ, содержащий основной трехфазный мост на управл емых ключах с двусторонней проводимостью , автотрайсформатор с повыщаЮ1Цим ответвлением и два вспомогательных управл емых к;пюча с двусторонней проводимостью, одними силовыми концами подсоединенных к входному нулевому выводу преобразовател , снабжён дополнительным трехфазным мостом упом нутых ключей автотрансформатор выполнен трехфазным С понижающими ответвлени ми, входы основного и дополнительного мостов подключены , соответственно, к повышающнм и понижающим ответвлени м, причем коэффициенты трансформации ответвлений св заны между собой соотношением Hi V е - J Н где Кд, К„-коэффициенты трансформации соответственно повышающего и понижающего ответвлений, выходы обоих мостов совместно с другими силовыми концами вспомогательных ключей подсоединены к выходным выводам преобразовател , а сетевые зажимы автотрансформатора подключены к входным выводам преобразовател . Если номинальное напр жение нагрузки близко (с точностью до нескольких процентов к фазному (лицейн(ому) напр жению питающей сети, то вход основного (дополнительного ) моста подключен непосредственно к входным выводам преобразовател . На фиг. 1 приведена векторна диаграмма , по сн юща принцип работы НПЧ данного класса; на фиг. 2 - структурна схема предлагаемого НПЧ; на фиг. 3, 4 -- схемы НПЧ с уменьшенной мощностью AT соответственно , когда напр жение нагрузки близко к фазному (линейному) напр жению; на фиг. 5 - диаграмма замыкани ключей в схемах НПЧ. Принцип работы данного НПЧ заключаетс в том, что нагрузка циклически, на равные промежутки времени подключаетс к отстающим векторам симметричной системы напр жений (фиг. I), при этом выходна частота со г будет равна разности частот сети 0)1 и управлени вентил ми Л (о)г (1)-Л). Можно также переключать нагрузку и на опережающие векторы, тогда выходна частота будет равна сумме частот сети и управлени вентил ми (Ui +Д. НПЧ (фиг. 2) состоит из основного трехфазного моста 1 управл емых ключей 2-7 с двусторонней проводимостью, например встречно-параллельно включенных тиристоров или транзисторов, диодных мостов с тиристором (транзистором) в диагонали и т. п., трехфазного автотрансформатора/ 8 с повышающими и понижающими ответвлени ми , вспомогательных управл емых ключей 9, 10 с двусторонней проводимостью, одними силовыми концами подсоединенных к входному нулевому выводу преобразовател , и дополнительного моста 11 управл емых ключей 12-17, входы которого соединены с понижающими ответвлени ми AT. Выходы обоих мостов совместно с другими силовыми концами вспомогательных ключей 9, 10 подсоединены к выходным выводам преобразовател . Основной мост 1 подключен к повышающим ответвлени м AT. Устройство работает следующим образом. Пусть в данный момент времени замкнуты один ключ (например, ключ 2) основного моста 1 и вспомогательный ключ 10, остальные ключи в схеме разомкнуты. Нагрузка подключена через повышающие ответвлени AT к фазе А сети. Коэффициент трансформации KB данного ответвлени выбираетс из услови где и„ - номинальное напр жение нагрузки , В; и, - фазное напр жение сети. В; К - теоретический коэффициент преобразовани схемы, равный в нашем случае 0,988. Затем ключи 2, 10 отключаютс , одновременно замыкаютс ключи 15, 16 дополнительного моста II. Нагрузка при этом подключаетс через понижающее етветвление AT к линейному напр жению сети. Коэффициент трансформации этого ответвлени выбираетс из услови : После этого ключи 15, 16 размыкаютс , а включаютс клк)чи 7, 9 и т. д. (см. диаграмму на фиг. 5). В каждый момент времени провод т ток только два ключа: либо в дополнительном мосте II, либо один ключ в основном моете 1 и один из вспомогательных ключей 9, 10. Благодар поочередному замыканию ключей и включению AT на входе обоих мостов стайовитс возможным, сохранив хороший гармонический состав напр жени на нагрузке, избежать насыщени AT в области частот ниже частоты сети, а значит, расшцрить диапазон регулировани выходной частоты. В том случае, если номинальное напр жение нагрузки UH К -Uf, можно использовать АТ меньшей мощности, подключив основной мост (фиг. 3) к входным выводам, непосредственно,а вспомогательный - через понижающий AT с коэффициентом трансформации к„ I/V3-. в случае, если номинальное напр жение нагрузки UH К -U используетс повышающий AT с коэффициентом трансформации Kj V3 на входе основного моста (фиг. 4). Помимо AT, в схеме могут быть также использованы двух- и трехобмоточные трансформаторы , вместо ключей с полным управлением - тиристоры с узлами принудительной коммутации. Благодар применению дополнительного моста ключей переменного тока, а также использованию автотрансформатора одновременно в качестве фазопреобразовательного и согласующего, удалось, сохранна основное преимущество преобразовател прототипа , значительно расширить диапазон изменени выходной частоты, регулиру ее как вверх, так и вниз от номинальной частоты сети, а также обеспечить питание нагрузки ее номинальным напр жением. При этом также уменьшаетс уровень гармоник в сетевом токе НПЧ. Формула изобретени I.. Трехфазно-однофазный преобразователь частоты с непосредственной св зью, содержащий основной трехфазный мост на управл емых ключах с двусторонней провоимрстью, автотрансформатор с повы-. шающим ответвлением и два вспомогательных управл емых ключа с двусторонней проводимостью, одними силовыми концами подсоединенных к входному нулевому выводу преобразовател , отличающийс тем, что, с целью расширени диапазона регулировани выходных частот, он снабжен дополнительным трехфазным мостом упом нутых ключей, автотрансформатор выполнен трехфазным, с понижающими ответвлеии ми , входы основного и дополнительного мостов подключены соответственно к повышающим и понижающим ответвлени м, причем коэффициенты трансформации ответвлеиий св заны между собой соотношением V3, где KB- коэффициент трансформации повышающего ответвлени ; KK- коэффициент трансформации понижающего ответвлени , выходы обоих мостов совместно с другими силовыми концами вспомогательных ключей подсоединены к выходным выводам преобразовател , а сетевые зажимы автотрансформатора подключены к входным выводам преобразовател . 2. Преобразователь частоты по п. I, отличающийс тем, что, с целью улучшени массогабарнтных показателей при номннальном напр жении нагрузки, близком к фазному (линейному) напр жению сетн, вход основного (дополнительного) моста подключен непосредственио к входным выводам преобразовател . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Проблемы технической электродина МИКИ. Вып. 62. Киев, «Наукрва думка, 1977, More advanced is a three-phase single phase NFC (2), performed on a pack, equal to AC switches, in which a matching three-winding transformer is used to create an equivalent number of phases equal to 12. The theoretical harmonic coefficient of the output voltage curve of this NFC is 15.2%. However, in order to use this NFC to power single-phase loads, an increase in the installed power of the specified transformer is required. In addition, due to the large number of valves connected in series with the load at each moment of time, the rigidity of the external characteristic of the NFC deteriorates and the loss in the power circuit increases. The closer to the technical sushi, nosti and the achieved positive effect to the invention is a three-phase single phase NFC 3. It contains a three-phase bridge on controllable keys with double-sided conductivity and an autotransformer (AT) with branches, connected to the output pins of the bridge, while the branches AT through auxiliary switches are connected to the input zero output of the converter. The output voltage curve is formed from a 12-phase symmetric system of linear voltages (mi, 12), due to which the harmonic coefficient is 15.2%, as in the previous scheme. The main disadvantages of the prototype are: a) limiting the lower limit of regulation output frequency, since at frequencies of few x the mass and dimensions of AT increase significantly; b) the need to install a matching transformer between the network and the NFC, since in general the nominal load voltage differs from the linear (phase) voltage of the network. Since the theoretical conversion factor for the voltage of the IF data circuits is always lower than 1, even in the particular case when the nominal load voltage coincides with the line voltage of the network, the NFC will not be able to supply the load with its nominal voltage. (The practical conversion factor for voltage, taking into account the losses in the circuit, will naturally be less than the theoretical one). The aim of the invention is to expand the output frequency control range. This goal is achieved by the fact that the well-known three-phase-single-phase NFC containing a main three-phase bridge on controlled keys with double-sided conductivity, an auto-speed converter with a higher branch and two auxiliary controllable to; equipped with an additional three-phase bridge of the above-mentioned keys, the autotransformer is made three-phase With down-ramps, the inputs of the main and additional bridges under They are connected, respectively, to upward and downward branches, whereby the transformation ratios of the branches are interconnected by the relation Hi V e - J N where Kd, K n are the transformation coefficients of the up and down branches, respectively, the outputs of both bridges together with other power ends of the auxiliary keys connected to the output terminals of the converter, and the network terminals of the autotransformer are connected to the input terminals of the converter. If the nominal load voltage is close (to within a few percent of the phase (face) voltage of the mains, the input of the main (additional) bridge is connected directly to the input terminals of the converter. Figure 1 shows a vector diagram explaining work of this type of NFC; Fig. 2 is a block diagram of the proposed NFC; Fig. 3, 4 are an NFC scheme with reduced power AT, respectively, when the load voltage is close to the phase (linear) voltage; Fig. 5 is a diagram key closures in schemas The principle of operation of this NFC is that the load is connected cyclically, for equal periods of time to the lagging vectors of the symmetric voltage system (Fig. I), and the output frequency from r will be equal to the difference between the frequencies of the network 0) 1 and the control valve mi L (o) g (1) -L). It is also possible to switch the load to the leading vectors, then the output frequency will be equal to the sum of the network frequencies and the control of the valves (Ui + D. NPS (Fig. 2) consists of the main three-phase bridge 1 of controlled switches 2-7 with two-sided conductivity, for example - parallel thyristors or transistors, diode bridges with a thyristor (transistor) in the diagonal, etc., three-phase autotransformer / 8 with up and down branches, auxiliary controlled keys 9, 10 with two-sided conductivity, with one power the ends of the converter connected to the input zero output, and the additional bridge 11 controlled keys 12-17, the inputs of which are connected to the down branches AT. The outputs of both bridges together with other power ends of the auxiliary switches 9, 10 are connected to the output terminals of the converter. Main bridge 1 connected to the up-branch AT. The device works as follows: Let one key (for example, key 2) of the main bridge 1 and auxiliary key 10 be closed at a given time, the rest of the keys in the circuit be closed. The load is connected via up-rails AT to the phase A of the network. The transformation ratio KB of this branch is chosen from the condition where and „is the nominal load voltage, V; and, is the phase voltage of the network. AT; K is the theoretical conversion coefficient of the circuit, equal in our case to 0.988. Then the keys 2, 10 are turned off, at the same time the keys 15, 16 of the additional bridge II are locked. The load is connected through the AT downstream to the line voltage. The transformation ratio of this branch is selected from the condition: After that, the keys 15, 16 are opened, and the groups 7, 9, etc., turn on (see the diagram in Fig. 5). Only two keys are current at a time: either in the additional bridge II, or one key in the main wash 1 and one of the auxiliary keys 9, 10. By alternately closing the keys and turning on the AT at the input of both bridges, it is possible to keep the harmonic Composition of the voltage on the load, to avoid saturation of the AT in the frequency range below the mains frequency, and therefore, to improve the range of adjustment of the output frequency. In that case, if the nominal load voltage UH К -Uf, it is possible to use lower power AT by connecting the main bridge (Fig. 3) to the input terminals directly, and the auxiliary one via a step-down AT with a transformation ratio to „I / V3-. in case the nominal load voltage UH K -U is used, the boosting AT is used with the transformation ratio Kj V3 at the input of the main bridge (Fig. 4). In addition to AT, the circuit can also use two- and three-winding transformers, instead of keys with full control, thyristors with forced switching nodes. Thanks to the use of an additional bridge of alternating current keys, as well as the use of an autotransformer at the same time as a phase converter and matching, the main advantage of the prototype converter was preserved, to significantly expand the range of output frequency, adjusting it both up and down from the nominal network frequency, and also provide feeding the load with its nominal voltage. It also reduces the level of harmonics in the NFC line current. The invention I .. Three-phase single-phase frequency converter with direct connection, containing the main three-phase bridge on controlled keys with two-way wires, an autotransformer with an increase. branch and two auxiliary controlled keys with two-sided conductivity, one power ends connected to the input zero output of the converter, characterized in that, in order to extend the output frequency control range, it is equipped with an additional three-phase bridge of the above keys, the autotransformer is three-phase, with downward branches, the inputs of the main and additional bridges are connected respectively to the raising and lowering branches, and the transformation coefficients about vetvleiy coupled together V3 ratio, wherein the step-up transformation ratio KB- branch; The KK-ratio of the reduction branch, the outputs of both bridges together with other power ends of the auxiliary switches are connected to the output terminals of the converter, and the network terminals of the autotransformer are connected to the input terminals of the converter. 2. A frequency converter according to claim I, characterized in that, in order to improve the mass and dimensional parameters at a nominal load voltage close to the phase (linear) voltage, the input of the main (additional) bridge is connected directly to the input terminals of the converter. Sources of information taken into account in the examination 1. Problems of technical electrodes MIKI. Issue 62. Kiev, “Naukrva Dumka, 1977,
2.Авторское свидетельство СССР по за вке № 2474784/07, кл. Н 02 М 5/27, 08.04.77. 2. USSR author's certificate for application number 2474784/07, cl. H 02 M 5/27, 08.04.77.
3.Авторское свидетельство СССр № 486437, кл. Н 0 М 5/27, 1977 (прототип).3. Author's certificate of the USSR № 486437, cl. H 0 M 5/27, 1977 (prototype).
ISIS
..
К нагрузке Фиг.2To load Figure 2
-0 /f нагрузке-0 / f load
0808
гg
В 0С ef .0 ef- /f нагрузкеAt 0C ef .0 ef- / f load
пP
1515
/7/ 7
«a V: "A V:
OQOq
--
V:V:
r r
VIVI
. .