НЕПОСРЕДСТВЕННЫЙ ТРЕХФАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ С ЕСТЕСТВЕННОЙ КОММУТАЦИЕЙ
DIRECT THREE-PHASE FREQUENCY CONVERTER WITH NATURAL COMMUTATION

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в автономных системах электроснабжения для стабилизации частоты и напряжения источников электроэнергии с повышенной частотой генерируемого напряжения.
Известный трехфазный преобразователь частоты (патент РФ № 2216097, 7 Н02Р 9146, H02J 3116, Бюл. № 31, 2003), содержит трехфазную силовую схему полупроводниковых приборов, цепи искусственной коммутации, выходной фильтр, трансформаторы тока и напряжения, блок косинусной синхронизации, задающий генератор, регулятор частоты и три блока формирования управляющих сигналов.
Недостатками преобразователя являются низкая надежность работы из-за использования дополнительных силовых цепей искусственной коммутации и сложности системы управления, обеспечивающей стабилизацию напряжения за счет изменения угла сдвига фаз на входе преобразователя.
Наиболее близким по техническому решению является непосредственный трехфазный преобразователь частоты с естественной коммуникацией (по патенту РФ № 2349019, Бюл. № 7, 2009), содержащий силовую схему, выходной фильтр, трансформатор с вращающимся магнитным полем и систему управления, обеспечивающую естественную коммутацию силовых вентилей преобразователя.
Недостатком преобразователя является отсутствие стабилизации напряжения в несимметричных режимах работы.
Техническим решением поставленной задачи является стабилизация напряжения и частоты в несимметричных режимах работы с помощью системы управления непосредственным трехфазным преобразователем частоты с естественной коммуникацией силовых вентилей.
Техническое решение достигается тем, непосредственный трехфазный преобразователь частоты с естественной коммутацией, содержащий силовую схему, выходной фильтр и систему управления, согласно изобретению содержит трехфазную силовую схему, трансформатор напряжения, блок трансформаторов тока, измеритель отклонения напряжения, задающий генератор, блок косинусной синхронизации и блоки формирования управляющих сигналов, при этом входы силовой схемы преобразователя, содержащей тиристорные ключи, соединены с источником трехфазного высокочастотного напряжения, а ее выходы через выходной фильтр, блок трансформаторов тока и трансформатор напряжения - с выходными зажимами преобразователя, первый и второй входы блока косинусной синхронизации соединены с выводами для подключения источника высокочастотного напряжения, выходы которого соединены с первым и четвертым входами первого, второго и третьего блоков формирования управляющих сигналов, первый и второй выходы которых соединены с управляющими входами трехфазной силовой схемы преобразователя, выход задающего генератора соединен со вторым, а выход измерителя отклонения напряжения соединен с третьим входом первого, второго и третьего блоков формирования управляющих сигналов, пятый вход которых соединен с выходом блока трансформаторов тока, вход измерителя отклонения напряжения соединен с выходом трансформатора напряжения, каждый из блоков формирования управляющих сигналов содержит сумматор, первый и второй компараторы, первый и второй логические элементы И, первый и второй распределители импульсов и датчик тока, первые входы первого и второго компараторов являются первым и четвертым соответственно входами блоков формировании управляющих сигналов, первый и второй входы сумматора являются вторым и третьим входами блоков формирования управляющих сигналов, выход сумматора соединен со вторыми входами первого и второго компараторов, выходы которых соединены с первыми входами первого и второго логических элементов И, вторые входы которых соединены с первым и вторым выходами, соответственно, датчика тока, вход которого является пятым входом блоков формирования управляющих сигналов, выходы первого и второго логических элементов И соединены с входами первого и второго распределителей импульсов, выходы которых являются первым и вторым выходами блоков формирования управляющих сигналов.
Новизна заявленного технического решения обусловлена тем, что в составе преобразователя применяется три блока формирования управляющих сигналов, трансформатор напряжения, блок трансформаторов тока, измеритель отклонения напряжения, задающий генератор и блок косинусной синхронизации, что позволяет обеспечивать стабилизацию напряжения и частоты на выходе в несимметричных режимах работы.
По данным научно-технической и патентной литературы авторам не известна заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения уровню изобретения.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана структурная схема непосредственного преобразования частоты с естественной коммуникацией силовых вентилей, на фиг.2 - диаграммы напряжения и тока, поясняющие принцип работы преобразователя.
1
2
Функциональная схема преобразователя (фиг.1) содержит входные выводы 1, 2 и 3 для подключения источника электроэнергии повышенной частоты f, выходные выводы 4, 5 и 6 для подключения низкочастотной нагрузки с частотой f, трехфазную силовую схему 7, выходной фильтр 8, блок трансформаторов тока 9, трансформатор напряжения 10, блок косинусной синхронизации 11, задающий генератор низкочастотного синусоидального напряжения 12, измеритель отклонения напряжения 13 и три блока формирования управляющих сигналов 14, 15, 16. Каждый блок формирования управляющих сигналов содержит сумматор 17, первый и второй компараторы 18 и 19, первый и второй логические элементы И 20 и 21, датчик тока 22, первый и второй распределители импульсов 23 и 24.
На примере блока формирования управляющих сигналов 14, формирующего однофазное выходное напряжение, рассмотрим работу системы управления преобразователя по стабилизации частоты и напряжения.
зг
2
c
кс
кс
у1
у2
н
у1
у2
пт
от
н
н
н
Задающим генератором 12 синусоидального напряжения U (фиг.1) устанавливаемая рабочая частота f выходного напряжения преобразователя. Ведущий сигнал с задающего генератора 12 (фиг.2, а) поступает на первый ход сумматора 17, на второй вход которого поступает существующий сигнал об отклонении выходного напряжения ΔU (фиг.2, а) от измерителя отклонения напряжения 13. Сигнал рассогласования суммируется с ведущим сигналом, и результирующий сигнал синусоидальной формы U (фиг.2, а) с выхода сумматора поступает на вторые входы компараторов 18 и 19. На первые входы компараторов 18 и 19 поступает опорный сигнал от блока косинусной синхронизации 11 (U, фиг.2, а). В компараторах происходит сравнение двух сигналов ведущего - синусоидальной формы ΔU и опорного - косинусные синхронизированные кривые U, и при их равенстве формируются управляющие импульсы u и u (фиг.2, б), которые поступают на первые входы логических элементов И 20 и 21. В зависимости от полярности тока нагрузки и i, которую фиксирует датчик тока 22, управляющие сигналы u или u поочередно подаются на соответствующие управляющие электроды тиристоров трехфазной силовой схемы 7 преобразователя. На выходе силовой схемы НПЧ 7 формируются кривые напряжения положительного u и отрицательного u типов (фиг.2, в). Выходной фильтр 8 сглаживает пульсации и напряжение u подключается к выходным выводам преобразователя 4, 5, и 6 соответственно. Естественная коммутация силовых тиристоров непосредственного преобразователя частоты обеспечивается за счет того, что когда ток нагрузки i имеет положительную полярность, на входе преобразователя из высокочастотного напряжения формируется низкочастотное напряжение из кривых положительного типа (фиг.2, в, г), когда i имеет отрицательную полярность, то низкочастотное напряжение формируется из кривых отрицательного типа (фиг.2, в, г) (Джюджи Л, Пелли Б. Силовые полупроводниковые преобразователи частоты. - М.: Энергоатомиздат, 1983, - 400 с., с.37-41).
Таким образом, стабилизация частоты на выходе непосредственного преобразователя осуществляется автоматически и ее определяет частота задающего генератора 12. Стабилизация напряжения осуществляется так же автоматически и она соответствует частоте сигнала задающего генератора 12.
Использование в составе трехфазного непосредственного преобразователя с естественной коммутацией трех блоков формирования управляющих сигналов, трансформатора напряжения, блока трансформаторов тока, измерителя отклонения напряжения, задающего генератора и блока косинусной синхронизации выгодно отличает предлагаемый преобразователь от известного, так как в несимметричных режимах работы обеспечивается стабилизация выходного напряжения и частоты.