ТРЕХФАЗНЫЙ РЕВЕРСИВНЫЙ ЗНАКОПЕРЕМЕННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ, ВЕДОМЫЙ СЕТЬЮ
THREE-PHASE REVERSIBLE SIGN-CHANGING FREQUENCY CONVERTER DRIVEN BY NETWORK

Предлагаемое изобретение относится к устройствам преобразования частоты, ведомых сетью, и может быть использовано в установках, в которых требуется регулирование частоты.
Известно устройство преобразования переменного напряжения одной частоты в переменное напряжение другой частоты, содержащее два трехфазных мостовых реверсивных модуля, каждый из которых образован двумя полупроводниковыми блоками, выполненными из полупроводниковых элементов. В качестве полупроводниковых элементов использованы двенадцать тиристоров. Катоды трех тиристоров и аноды трех тиристоров двух полупроводниковых блоков обоих трехфазных мостовых реверсивных модулей объединены через уравнительный реактор и подключены к началу нагрузки. Аноды трех тиристоров и катоды трех тиристоров двух полупроводниковых блоков обоих трехфазных мостовых реверсивных модулей также объединены через уравнительный реактор и подключены к концу нагрузки. В каждом трехфазном мостовом реверсивном модуле катоды тиристоров одного полупроводникового блока и аноды тиристоров другого полупроводникового блока соединены попарно, и эти пары подключены к вторичной обмотке трехфазного трансформатора. Первичная обмотка трехфазного трансформатора подключена к трехфазному источнику переменного напряжения (Бернштейн А.Я., Гусяцкий Ю.М., Кудрявцев А.В., Сарбатов Р.С. Тиристорные преобразователи частоты в электроприводе / А.Я.Бернштейн, Ю.М.Гусяцкий, А.В.Кудрявцев, Р.С.Сарбатов - М.: Энергия, 1980. - С.203, рис.6.1).
Основными недостатками описанного устройства преобразования переменного напряжения одной частоты в переменное напряжение другой частоты являются отсутствие возможности получения на нагрузке напряжения высокой частоты, низкая надежность, большие габариты, сложность системы управления вследствие большого количества тиристоров, используемых в трехфазных мостовых реверсивных модулях.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является полупроводниковое устройство преобразования переменного напряжения в постоянное, содержащее два полупроводниковых блока трехфазного мостового модуля, выполненных из полупроводниковых элементов. В качестве полупроводниковых элементов использованы шесть тиристоров. Катоды трех тиристоров одного полупроводникового блока объединены и подключены к началу нагрузки, аноды трех тиристоров другого полупроводникового блока объединены и подключены к концу нагрузки. Аноды одного полупроводникового блока и катоды другого полупроводникового блока соединены попарно, и эти пары подключены к соответствующим фазам трехфазного источника переменного напряжения (Терехов В.М. Элементы автоматизированного электропривода / В.М. Терехов. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - С.45, рис.2.14).
Основным недостатком этого полупроводникового устройства преобразования переменного напряжения в постоянное является отсутствие возможности получения на нагрузке переменного напряжения различной частоты.
Предлагаемым изобретением решается задача получения на нагрузке знакопеременного напряжения различной частоты.
Для решения поставленной задачи в трехфазном реверсивном знакопеременном преобразователе частоты, ведомом сетью, содержащем два полупроводниковых блока трехфазного мостового модуля, выполненных из полупроводниковых элементов, причем полупроводниковые элементы одного полупроводникового блока объединены и подключены к началу нагрузки и полупроводниковые элементы другого полупроводникового блока объединены и подключены к концу нагрузки, а полупроводниковые элементы одного полупроводникового блока и полупроводниковые элементы другого полупроводникового блока соединены попарно, и эти пары подключены к соответствующим фазам трехфазного источника переменного напряжения, согласно изобретению в качестве полупроводниковых элементов использованы транзисторы, пропускающие в ключевом режиме ток в направлениях от эмиттера к коллектору и от коллектора к эмиттеру. При этом коллекторы транзисторов одного полупроводникового блока трехфазного мостового модуля объединены и подключены к началу нагрузки, а коллекторы транзисторов другого полупроводникового блока трехфазного мостового модуля объединены и подключены к концу нагрузки. Эмиттеры транзисторов одного и другого полупроводниковых блоков трехфазного мостового модуля соединены попарно и подключены к соответствующим фазам трехфазного источника переменного напряжения.
Обеспечение возможности получения на нагрузке знакопеременного напряжения различной частоты обусловлено использованием в качестве полупроводниковых элементов транзисторов, пропускающих в ключевом режиме ток в прямом и обратном направлениях вследствие симметричной структуры полупроводникового транзистора - р-n-р или n-р-n.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого трехфазного реверсивного знакопеременного преобразователя частоты, ведомого сетью; на фиг.2 изображены осциллограммы напряжений трехфазного источника переменного напряжения, осциллограммы напряжений на нагрузке при частоте 150 Гц, а также указаны транзисторы, открываемые в каждый конкретный промежуток времени; на фиг.3 изображены осциллограммы напряжений трехфазного источника переменного напряжения, осциллограммы напряжений на нагрузке при частоте 30 Гц, а также указаны транзисторы, открываемые в каждый конкретный промежуток времени.
Кроме того на чертеже используются следующие обозначения:
- Uсети - напряжение сети;
- А, В, С - фазы питания от трансформатора напряжения;
- VT1-VT6 - полупроводниковые транзисторы;
- t1-t8 - промежутки времени.
Трехфазный реверсивный знакопеременный преобразователь частоты, ведомый сетью, содержащий два полупроводниковых блока 1 и 2 трехфазного мостового модуля, выполненных из полупроводниковых элементов. В качестве полупроводниковых элементов использованы транзисторы, пропускающие в ключевом режиме ток в направлениях от эмиттера к коллектору и от коллектора к эмиттеру.
В первом полупроводниковом блоке 1 коллекторы транзисторов 2 (VT1), 3 (VT3), 4 (VT5) объединены и подключены к началу 5 нагрузки 6. Во втором полупроводниковом блоке 7 коллекторы транзисторов 8 (VT2), 9 (VT4), 10 (VT6) объединены и подключены к концу 11 нагрузки 6.
Эмиттер транзистора 2 (VT1) первого полупроводникового блока 1 и эмиттер транзистора 8 (VT2) второго полупроводникового блока соединены, и их пара подключена к фазе 12 (фаза А) трехфазного источника переменного напряжения.
Эмиттер транзистора 3 (VT3) первого полупроводникового блока 1 и эмиттер транзистора 9 (VT4) второго полупроводникового блока соединены, и их пара подключена к фазе 13 (фаза В) трехфазного источника переменного напряжения.
Эмиттер транзистора 3 (VT5) первого полупроводникового блока 1 и эмиттер транзистора 10 (VT6) второго полупроводникового блока соединены, и их пара подключена к фазе 14 (фаза С) трехфазного источника переменного напряжения.
Работа трехфазного реверсивного знакопеременного преобразователя частоты, ведомого сетью, осуществляется следующим образом.
Для получения расчетной частоты регулируемого напряжения 150 Гц в начальный момент времени t1 (фиг.2) открываются транзисторы 2 (VT1) и 9 (VT4), ток пойдет по цепи фаза 12 (фаза А) трехфазного источника переменного напряжения, транзистор 2 (VT1), нагрузка 6, транзистор 9 (VT4), фаза 13 (фаза В) трехфазного источника переменного напряжения. В момент времени t2 открываются транзисторы 8 (VT2) и 4 (VT5), ток пойдет по цепи фаза 12 (фаза А) трехфазного источника переменного напряжения, транзистор 8 (VT2), нагрузка 6, транзистор 4 (VT5), фаза 14 (фаза С) трехфазного источника переменного напряжения. В момент времени t3 открываются транзисторы 3 (VT3) и 10 (VT6), ток пойдет по цепи фаза 13 (фаза В) трехфазного источника переменного напряжения, транзистор 3 (VT3), нагрузка 6, транзистор 10 (VT6), фаза 14 (фаза С) трехфазного источника переменного напряжения. В момент времени t4 открываются транзисторы 9 (VT4) и 2 (VT1), ток пойдет по цепи фаза 13 (фаза В) трехфазного источника переменного напряжения, транзистор 9 (VT4), нагрузка 6, транзистор 2 (VT1), фаза 12 (фаза А) трехфазного источника переменного напряжения. В момент времени t5 открываются транзисторы 4 (VT5) и 7 (VT2), ток пойдет по цепи фаза 14 (фаза С) трехфазного источника переменного напряжения, транзистор 4 (VT5), нагрузка 6, транзистор 8 (VT2), фаза 12 (фаза А) трехфазного источника переменного напряжения. В момент времени t6 открываются транзисторы 10 (VT6) и 3 (VT3), ток пойдет по цепи фаза 14 (фаза С) трехфазного источника переменного напряжения, транзистор 10 (VT6), нагрузка 6, транзистор 3 (VT3), фаза 13 (фаза В) трехфазного источника переменного напряжения. В момент времени t7 последовательность работы трехфазного реверсивного знакопеременного преобразователя частоты, ведомого сетью, повторяется.
Для получения расчетной частоты регулируемого напряжения 33,33 Гц в начальный момент времени t0 (фиг.3) открываются транзисторы 2 (VT1) и 9 (VT4), ток пойдет по цепи фаза 12 (фаза А) трехфазного источника переменного напряжения, транзистор 2 (VT1), нагрузка 6, транзистор 9 (VT4), фаза 13 (фаза В) трехфазного источника переменного напряжения. В момент времени t1 открываются транзисторы 2 (VT1) и 10 (VT6), ток пойдет по цепи фаза 12 (фаза А) трехфазного источника переменного напряжения, транзистор 2 (VT1), нагрузка 6, транзистор 10 (VT6), фаза 14 (фаза С) трехфазного источника переменного напряжения. В момент времени t2 открываются транзисторы 3 (VT3) и 10 (VT6), ток пойдет по цепи фаза 13 (фаза В) трехфазного источника переменного напряжения, транзистор 3 (VT3), нагрузка 6, транзистор 10 (VT6), фаза 14 (фаза С) трехфазного источника переменного напряжения. В момент времени t3 открываются транзисторы 3 (VT3) и 8 (VT2), ток пойдет по цепи фаза 13 (фаза В) трехфазного источника переменного напряжения, транзистор 3 (VT3), нагрузка 6, транзистор 8 (VT2), фаза 12 (фаза А) трехфазного источника переменного напряжения. В момент времени t4 открываются транзисторы 10 (VT6) и 3 (VT3), ток пойдет по цепи фаза 14 (фаза С) трехфазного источника переменного напряжения, транзистор 10 (VT6), нагрузка 6, транзистор 3 (VT3), фаза 13 (фаза В) трехфазного источника переменного напряжения. В момент времени t5 открываются транзисторы 8 (VT2) и 3 (VT3), ток пойдет по цепи фаза 12 (фаза А) трехфазного источника переменного напряжения, транзистор 8 (VT2), нагрузка 6, транзистор 3 (VT3), фаза 13 (фаза В) трехфазного источника переменного напряжения. В момент времени t6 открываются транзисторы 8 (VT2) и 4 (VT5), ток пойдет по цепи фаза 12 (фаза А) трехфазного источника переменного напряжения, транзистор 8 (VT2), нагрузка 6, транзистор 4 (VT5), фаза 14 (фаза С) трехфазного источника переменного напряжения. В момент времени t7 открываются транзисторы 9 (VT4) и 4 (VT5), ток пойдет по цепи фаза 13 (фаза В) трехфазного источника переменного напряжения, транзистор 9 (VT4), нагрузка 6, транзистор 4 (VT5), фаза 14 (фаза С) трехфазного источника переменного напряжения.
Таким образом, предлагаемое изобретение имеет преимущества по сравнению с известными из-за возможности получения на нагрузке знакопеременного напряжения различной частоты.