ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ И ЧИСЛА ФАЗ

Полезная модель относится к электротехнике и силовой преобразовательной технике и предназначается для питания мощных электропотребителей с повышенной частотой однофазного напряжения, в частности, для тяговых нагрузок участков железных дорог, электрифицированных на однофазном переменном токе, электросварочных агрегатов, магнитогидродинамических установок, печей графитировочных и дуговых косвенного действия, индукционных плавильных и нагревательных установок, печей электрошлакового переплава и др.
Известны преобразователи частоты и числа фаз, содержащие трехфазный выпрямитель, фильтр переменной составляющей тока, автономный инвертор напряжения и колебательный контур коммутации тока через тиристоры инвертора (Преобразовательные устройства для электропривода и систем питания / Ред.кол.: В.А.Лабунцов и др. - М.: МЭИ, 1988. - 115 с.).
Недостатком таких преобразователей является недоиспользование установленной мощности полупроводниковых приборов и реактивных элементов устройств коммутации тока, что требует увеличения массогабаритных показателей в случае преобразования частоты переменного напряжения и числа фаз для мощных потребителей электрической энергии.
Наиболее близким к полезной модели, принятым за прототип, является преобразователь частоты и числа фаз с естественной коммутацией вентилей, содержащий три трехфазных источника, к каждому источнику подключены два встречно-параллельно соединенных трехфазных вентильных моста, замкнутых по выходу в звезду, к вершинам которой подключена трехфазная нагрузка (Жемеров Г.Г. Тиристорные
преобразователи частоты с непосредственной связью. - М.: Энергия, 1977. - 280 с.).
Недостатком этого преобразователя является большая установленная мощность трансформаторного оборудования и несимметричность загрузки фаз питающей сети при использовании мостовых преобразователей для работы на однофазную нагрузку.
Задача полезной модели - создание преобразователя частоты и числа фаз, имеющего меньшую установленную мощность и обеспечивающего при однофазной нагрузке симметричную загрузку фаз питающей сети.
Указанная задача достигается тем, что преобразователь частоты и числа фаз содержит трехфазный трансформатор, на каждом стержне магнитопровода которого расположено по одной вторичной обмотке, и двадцать четыре управляемых вентиля, причем из вентилей сформированы три вентильных блока, каждый из которых состоит из двух встречно-параллельно включенных однофазных вентильных мостов. Выводы каждой обмотки соединены с точками соединения плеч одного из мостов, расположенных на одной из диагоналей мостов. При этом точки соединения плеч мостов, лежащие на второй диагонали мостов, соединены между собой в последовательную цепь, в которую включена нагрузка.
На Фиг.1 приведена принципиальная схема силовой части преобразователя, на Фиг.2 - волновые диаграммы напряжений, а на Фиг.3 - алгоритм работы вентилей преобразователя.
Преобразователь частоты и числа фаз (Фиг.1) содержит трехфазный трансформатор 1 и двадцать четыре вентиля 2...25, причем на каждом стержне трансформатора размещено по одной вторичной обмотке 26, 27, 28, к каждой из которых подключен свой вентильный блок, состоящий из двух встречно-параллельно включенных однофазных вентильных мостов. Обмотка 26 соединена с диагональю 29-30 вентильного блока, плечи мостов которого образуют пары встречно-параллельно включенных вентилей 2,4; 3,5; 6,8; 7,9; обмотка 27 соединена с диагональю 33-34
вентильного блока, плечи мостов которого образуют пары встречно-параллельно включенных вентилей 10,12; 11,13; 14,16; 15,17; а обмотка 28 соединена с диагональю 37-38 вентильного блока, плечи мостов которого образуют пары встречно-параллельно включенных вентилей 18,20; 19,21; 22,24; 23,25. Точки соединения вентилей 31-32, 35-36, 39-40, образующие вторые диагонали вентильного блока, соединены в последовательную цепь, замкнутую на нагрузку 41 через выходные выводы 32 и 40.
Принцип работы преобразователя (Фиг.1) иллюстрируется волновыми диаграммами напряжений (Фиг.2) и алгоритмом работы вентилей преобразователя (Фиг.3).
Заданный алгоритм позволяет сформировать на выходных диагоналях мостов фазные напряжения, каждый полупериод которых содержит две кривые одинаковой полярности, аналогичные кривым полупериода сетевого напряжения, а значит получить на выходах мостов переменное напряжение с частотой вдвое меньшей частоты сети.
Таким образом, на выходах мостов формируется переменное несинусоидальное напряжение с частотой вдвое меньшей частоты сети. При последовательном сложении этих напряжений на нагрузке формируется напряжение с частотой в полтора раза превышающей частоту сетевого напряжения.
Из волновых диаграмм напряжений (Фиг.2) видно, что вентильные обмотки работают в течение всего периода сетевого напряжения, а значит, с высоким коэффициентом использования, а напряжение, прикладываемое к нагрузке, имеет форму близкую к синусоиде и, следовательно, низкий процентный состав высших гармонических составляющих. Вместо трехфазных вентильных мостов в преобразователе частоты и числа фаз применены однофазные вентильные мосты, что снижает массогабаритные показатели. Таким образом, преобразовательное устройство имеет меньшую установленную мощность трансформаторного оборудования и осуществляет симметричную загрузку фаз питающей сети.
Рассмотренный преобразователь частоты и числа фаз с одновременным преобразованием частоты 50 Гц в частоту 75 Гц и симметрированием токов питающей сети может быть использован взамен вращающихся преобразователей для питания устройств сигнализации и блокировки на железных дорогах, участки которых электрифицированы на однофазном переменном токе промышленной частоты. Частота 75 Гц принята для того, чтобы исключить ложные срабатывания устройств сигнализации и блокировки от мощных полей контактной сети, работающей на частоте 50 Гц.