ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ
FREQUENCY CONVERTER

Изобретение относится к электротехники и предназначено для стабилизации напряжения и частоты высокочастотных источников систем электроснабжения.
Известен преобразователь частоты, содержащий выпрямитель, фильтр и автономный инвертор (Ю.К.Розанов «Основы силовой электроники». - М.: Энергоатомиздат 1992 г., рис.3.22), недостатками которого являются: низкие показатели кпд и надежности из-за применения звена постоянного тока.
Наиболее близким по техническому решению является преобразователь частоты, выполненный с использованием трансформатора и непосредственного преобразователя частоты (Ю.К.Розанов «Основы силовой электроники». - М.: Энергоатомиздат, 1992 г., рис.3.23)
Недостатком преобразователя являются низкие показатели кпд и надежности.
Техническим решением поставленной задачи является повышение кпд и надежности работы.
Поставленная задача достигается тем, что преобразователь частоты, содержащий трансформатор со средней точкой и силовые полупроводниковые ключи, согласно изобретению первичная обмотка трансформатора соединена с источником напряжения повышенной частоты, а его вторичная обмотка содержит среднюю точку, причем начало второй обмотки соединено с входом первого и второго встречно-параллельно соединенных тиристоров, выход которых через выходной фильтр соединен с первым выходным зажимом преобразователя, конец второй обмотки трансформатора соединен с началом третьего и четвертого встречно-параллельно соединенных тиристоров, выход которых соединен с выходом первого и второго встречно-параллельно соединенных тиристоров, средняя точка вторичной обмотки трансформатора через выходной фильтр соединена со вторым выходным зажимом преобразователя, система управления преобразователем содержит блок синхронизации, генератор пилообразного напряжения, трансформаторно-выпрямительный блок, формирователь импульсов, задающий генератор, генератор типа кривой, первый и второй логические элементы И, первый и второй распределитель импульсов, первый, второй, третий и четвертый усилители импульсов, причем первый и второй входы блока синхронизации соединены со средней точкой и концом вторичной обмотки трансформатора, а его выход через генератор пилообразного напряжения соединен с первым входом формирователя импульсов, второй вход которого через трансформаторно-выпрямительный блок соединен с первым и вторым выходными зажимами преобразователя, выход формирователя импульсов соединен со вторыми входами первого и второго логических элементов И, первые входы которых соединены с первым и вторым выходами генератора типа кривой, вход которого соединен с выходом задающего генератора, выходы первого и второго логических элементов И соединены с входом первого и второго распределителя импульсов соответственно, первый и второй выход первого распределителя импульсов, первый и второй выход второго распределителя импульсов через первый, второй, третий и четвертый усилители импульсов соответственно соединены с управляющими электродами первого, третьего, второго и четвертого тиристоров.
Новизна технического решения заключается в том, что в качестве преобразователя частоты используется реверсивный выпрямитель, выполненный на двух парах встречно-параллельно включенных тиристоров, а система управления обеспечивает независимую стабилизацию частоты и выходного напряжения преобразователя.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена принципиальная схема преобразователя частоты; на фиг.2 - диаграммы напряжений, поясняющие принцип работы преобразователя частоты.
Преобразователь частоты содержит трансформатор 1, первичная обмотка 2 имеет выводы 3, 4, которые подключены к источнику напряжения повышенной частоты, вторичные обмотки 5, 6, имеющие выводы 7, 8, 9. К началу 7 вторичной обмотки 5 встречно-параллельно подключены тиристоры 10, 11. К выводу 9 вторичной обмотки 6 встречно-параллельно подключены тиристоры 12, 13. Выходы тиристорных блоков соединены между собой и подключены к входу 14 выходного фильтра 15, второй вход 16 фильтра 15 подключен к средней точке 8 трансформатора 1. Выходы 17 и 18 фильтра 15 служат для подключения нагрузки.
Система управления 19 содержит: блок синхронизации 20, вход которого подключен к выводам 8,9 трансформатора 1, а выход - к генератору пилообразного напряжения 21. Вход трансформаторно-выпрямительного блока 22 подключен к выходам 17 и 18 фильтра 15. Выходы генератора пилообразного напряжения 21 и трансформаторно-выпрямительного блока 22 подключены к формирователю импульсов 23, выход которого подключен к вторым входам логических элементов 24 и 25. Выход задающего генератора 26 подключен к генератору типа кривой 27, выходы которого подключены к первым входам логических элементов 24, 25. Выходы логических элементов 24 и 25 подключены к входам распределителей импульсов 28 и 29 соответственно. Первый выход распределителя импульсов 28 подключен к усилителю импульсов 30, а второй выход - к усилителю импульсов 31. Первый выход распределителя импульсов 29 подключен к усилителю импульсов 32, а второй выход - к усилителю импульсов 33. Усилители импульсов 30, 31, 32 и 33 подключены к тиристорам 10, 12, 11 и 13 соответственно.
Преобразователь частоты работает следующим образом. К вводу преобразователя частоты 3, 4 подключено высокочастотное напряжение, которое понижается до требуемого уровня, необходимого для нагрузки трансформатором 1. Реверсивный выпрямитель понижает частоту источника, а выходной фильтр 15 сглаживает высшие гармоники, обеспечивая требуемое качество выходного напряжения.
Система управления работает следующим образом. Задающий генератор 26 формирует низкочастотный сигнал синусоидальной формы, соответствующий частоте нагрузки (фиг.2а), который поступает на вход генератора типа кривой 27, на выходе генератора формируются импульсы, соответствующие положительной и отрицательной полуволне задающего генератора (фиг.2б). Сигналы с выхода генератора типа кривой 27 подаются на первые входы логических элементов И 24 и 25 соответственно, на второй вход которых поступает сигнал, синхронизированный с напряжением источника питания (фиг.2в, г), через генератор пилообразного напряжения 21 и формирователь импульсов 23. Кроме того, длительность этого сигнала пропорциональна величине выходного напряжения преобразователя частоты, поскольку длительность формирующего импульса управления зависит от величины выходного напряжения трансформаторно-выпрямительного блока 22, вход которого подключен к выходам преобразователя частоты 17, 18 (фиг.2д, е).
2
При положительной полярности низкочастотного выходного напряжения срабатывает логический элемент И 24 и импульсы управления через первое распределительное устройство 28 и усилители импульсов 30, 31 поступают на управляющие электроды тиристоров 10 и 12 силовой схемы реверсивного выпрямителя и на выходе преобразователя формируются положительные полуволны из (фиг.2, ж, 0÷π). При отрицательной полярности срабатывает логический элемент И 25 и импульсы управления через второе распределительное устройство 29 и усилители импульсов 32, 33 поступают на управляющие электроды тиристоров 11 и 13 силовой схемы реверсивного выпрямителя и на выходе преобразователя формируется положительная полуволна u (фиг.2, ж, π÷2π). Выходной фильтр 15 подавляет высшие гармоники и на выводах формируется низкочастотный сигнал из (фиг.2, ж).
твб
твб
фи
3
К примеру, при понижении уровня выходного напряжения снижается и значение u (фиг.2, з, u'), тем самым увеличивая длительность импульсов (фиг.2, и, u'), что приводит к увеличению времени открытого состояния тиристоров реверсивного выпрямителя и, как следствие, увеличению уровня выходного напряжения (фиг.2, к, u').
Использование в составе преобразователя частоты реверсивного выпрямителя, выполненного на двух парах встречно-параллельно включенных тиристоров и предложенной системы управления, обеспечивающей независимую стабилизацию частоты и напряжения, выгодно отличает предлагаемый стабилизатор от известного, так как повышается надежность его работы и кпд.