ТРЕХФАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ
THREE-PHASE FREQUENCY CONVERTER

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, например, в инверторах частоты для управления трехфазными двигателями.
Известен трехфазный усилитель, содержащий три однофазных усилителя, питаемых от сети постоянного напряжения и управляемых от трехфазного источника сигналов, блоки формирования максимального, минимального, среднего между ними значений входных сигналов и три сумматора (Афанасьев А.Ю., Кривошеев С.В., Фрейман Э.В., Порубилкин Е.А. Трехфазный усилитель. Патент РФ №2101849С1, кл. H03F 3/217, Н02Р 6/14, 1998) - [1].
Недостатком данного линейного усилителя являются большие потери мощности в усилителе.
Известен преобразователь частоты с трехфазным инвертором и широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), содержащий источник задающих сигналов, первую и вторую группы по три сумматора, первый-третий усилители, формирователь сигнала коррекции, формирователь линейно изменяющегося сигнала, первый-третий компараторы, первый-третий инверторы, драйвер, блок силовых ключей, питаемых от сети постоянного напряжения, блок трехфазной нагрузки, блок датчиков напряжений (см. Keliang Zhou and Dan-wei Wang. Relationship Between Space-Vector Modulation and Three-Phase Carrier-Based PWM: A Comprehensive Analysis. IEEE transactions on industrial electronics, vol.49, NO.1, February 2002, page 186-196) - [2].
Недостатком данного линейного усилителя являются большие потери мощности в усилителе.
a
b
c
к
Наиболее близким к заявляемому объекту по технической сущности и достигаемому результату является трехфазный преобразователь частоты, содержащий источник задающих сигналов u, u, u, первую группу из трех сумматоров, вторую группу из трех сумматоров, первый-третий усилители, формирователь сигнала коррекции u, формирователь линейно изменяющегося сигнала, первый-третий компараторы, первый-третий инверторы, драйвер, блок силовых ключей, питаемых от сети постоянного напряжения, блок трехфазной нагрузки и блок датчиков напряжений, причем первый-третий выходы источника задающих сигналов подключены к первым входам первой группы сумматоров и к первому-третьему входам формирователя сигнала коррекции соответственно, вторые входы первого-третьего компараторов соединены с выходом формирователя линейно изменяющего сигнала, а их выходы соединены с первым-третьим входами драйвера и с входами первого-третьего инверторов соответственно, выходы которых соединены с четвертым-шестым входами драйвера соответственно, первый-двенадцатый выходы которого соединены с первым-двенадцатым входами блока силовых ключей соответственно, выходы которого соединены с зажимами блока трехфазной нагрузки и с входами блока датчиков напряжений, формирователь сигнала коррекции выполнен с возможностью реализации функции
a
к
b
к
c
к
с ограничением величин u+u, u+u, u+u в пределах линейно изменяющегося сигнала, причем вторые входы первой группы сумматоров соединены с выходами блока датчиков напряжений, а их выходы соединены со входами первого-третьего усилителей, выходы которых соединены со вторыми входами второй группы сумматоров, первые входы которых соединены с выходами источника задающих сигналов, а их третьи входы соединены с выходом формирователя сигнала коррекции, выходы второй группы сумматоров соединены с первыми входами первого-третьего компараторов соответственно (Афанасьев А.Ю., Собх М.И. Трехфазный преобразователь частоты. Заявка 2009125212/09 (034863) от 01.07.2009 с решением о выдаче патента на изобретение от 09 марта 2010 г.) - [3].
В прототипе достигается минимум мощности потерь в системе "трехфазный преобразователь частоты - нагрузка" от ШИМ при сохранении максимальной линейной зоны выходного напряжения с возможностью компенсации изменения параметров нагрузки.
Недостатком данного преобразователя являются сложная схема и большое число элементов.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в упрощении схемы и сокращении числа элементов с сохранением минимума мощности потерь в нагрузке.
Технический результат достигается тем, что в трехфазном преобразователе частоты, содержащем источник задающих сигналов, формирователь сигнала коррекции, формирователь линейно изменяющегося сигнала, первый-третий компараторы, первый-третий инверторы, драйвер, блок силовых ключей, питаемых от сети постоянного напряжения, блок трехфазной нагрузки, причем выходы источника задающих сигналов подключены к первому-третьему входам формирователя сигнала коррекции, выходы первого-третьего компараторов соединены с первым-третьим входами драйвера и с входами первого-третьего инверторов соответственно, выходы которых соединены с четвертым-шестым входами драйвера соответственно, первый-шестой выходы которого соединены с первым-шестым входами блока силовых ключей соответственно, выходы которого соединены с зажимами блока трехфазной нагрузки соответственно, причем формирователь сигнала коррекции выполнен с возможностью реализации функции
a
к
b
к
c
к
с ограничением величин u-u, u-u, u-u в пределах линейно изменяющегося сигнала, введен сумматор, первый вход которого соединен с выходом формирователя сигнала коррекции, второй вход соединен с выходом формирователя линейно изменяющегося сигнала, а выход сумматора соединен со вторыми входами первого-третьего компараторов, первые входы которых соединены с первым-третьим выходами источника задающих сигналов соответственно.
Сущность изобретения поясняется на фиг.1 - фиг.2, где:
фиг.1 - функциональная схема трехфазного преобразователя частоты;
фиг.2 - графики сигналов преобразователя.
Здесь: 1 - источник задающих сигналов; 2 - формирователь сигнала коррекции; 3 - формирователь линейно изменяющегося сигнала; 4 - сумматор; 5-7 - первый-третий компараторы; 8-10 - первый-третий инверторы; 11 - драйвер; 12 - блок силовых ключей; 13 - блок трехфазной нагрузки.
Выходы источника 1 задающих сигналов подключены к первому-третьему входам формирователя 2 сигнала коррекции и к первым входам первого-третьего компараторов 5-7, выходы которых соединены с первым-третьим входами драйвера 11 и с входами первого-третьего инверторов 8-10 соответственно, выходы которых соединены с четвертым-шестым входами драйвера 11 соответственно, выходы которого соединены с входами блока силовых ключей 12, выходы которого соединены с зажимами блока трехфазной нагрузки 13, первый вход сумматора 4 соединен с выходом формирователя сигнала коррекции 2, второй вход соединен с выходом формирователя 3 линейно изменяющегося сигнала, а выход сумматора соединен со вторыми входами первого-третьего компараторов 5-7.
a
b
c
Трехфазный преобразователь частоты работает следующим образом. На выходе блока задающих сигналов формируются три сигнала u, u, u. Эти сигналы поступают на первый-третий входы формирователя 2 сигнала коррекции, который вырабатывает сигнал коррекции
a
к
b
к
c
к
с ограничением величин u-u, u-u, u-u в пределах линейно изменяющегося сигнала для минимизации мощности потерь в нагрузке.
л
a
b
c
0
Сигнал коррекции добавляется к линейно изменяющемуся сигналу u, имеющему частоту ШИМ, сумматором 4, результирующий сигнал сравнивается компараторами 5-7 с сигналами u, u, u соответственно. Их выходные сигналы с широтно-импульсной модуляцией инвертируются инверторами 8-10. Сигналы компараторов и инверторов подаются на драйвер 11, который вырабатывает сигналы для управления шестью силовыми ключами блока 12, питаемыми от сети постоянного напряжения U.
На выходах блока 12 силовых ключей формируются импульсы напряжений, средние значения которых равны требуемым напряжениям на фазах нагрузки с добавлением требуемого потенциала ее нейтрали.
a
b
c
к
На фиг.2 показаны графики сигналов преобразователя: задающие сигналы u, u, u, сигнал коррекции u и суммарный сигнал на выходе сумматора 4 при исходных данных:
и
m
лm
частота выходного напряжения f=50 Гц, U=1 В, U=1 В, частота линейно изменяющегося сигнала f=5 кГц.
Здесь сигнал коррекции определяется по формуле
Видно, что при возрастании среднего значения диапазона между наименьшим и наибольшим значениями сигнал коррекции возрастает, а при убывании среднего значения убывает. Соответственно изменяются нижняя и верхняя границы изменения скорректированного линейно изменяющегося сигнала.
Таким образом, благодаря введению сумматора, прямому соединению выходов источника задающих сигналов с первыми входами компараторов и сложению линейно изменяющегося сигнала с сигналом коррекции преобразователь частоты сохранил способность работы с высокими энергетическими показателями с упрощением его схемы и сокращением девяти элементов.