Непосредственный преобразователь частоты

Предлагаемая полезная модель «Непосредственный преобразователь частоты» относится к полупроводниковым преобразователям и может быть использовано для безтрансформаторного непосредственного преобразования трехфазного переменного напряжения в переменное, регулируемое по величине и частоте. Такие преобразователи могут быть использованы в системах генерирования переменного напряжения. В классическую схему непосредственного преобразователя частоты содержащего двунаправленные входные ключи, объединенные в группы, число n которых равно числу фаз преобразователя, двунаправленные входные ключи соединены в каждой группе одними концами в общую точку и образуют m-фазную звезду, где m-число фаз входного напряжения, другие концы упомянутых ключей каждой группы соединены с соответствующими другими концами двунаправленных входных ключей всех других групп и образуют вход преобразователя частоты, также накопительные реакторы по числу m входных фаз преобразователя и накопительные конденсаторы по числу n выходных фаз преобразователя, а так же n-фазную нагрузку, соединенную в звезду или многоугольник, указанные накопительные реакторы соединены каждый одним концом с выходом источника входного напряжения, а другим концом - к соответствующему входу преобразователя, а накопительные конденсаторы образуют n фазную звезду или многоугольник, концы которых соединены с n фазным выходом непосредственного преобразователя. В результате повышается К.П.Д. непосредственного преобразователя за счет исключения дополнительных выпрямительных мостов и ключей на входе этих мостов.

Полезная модель относится к полупроводниковым преобразователям и может быть использована для безтрансформаторного непосредственного преобразования трехфазного переменного напряжения в переменное, по величине и частоте. Такие преобразователи могут быть использованы в системах генерирования переменного тока.

Известен непосредственный преобразователь частоты, образованный из совокупности трехфазных мостовых схем выпрямления на ключах, к выходам схем подключаются фазы нагрузки, а соответствующие входы объединены и образуют входы трехфазного преобразователя частоты (Чехет Э.М. и др. Непосредственные преобразователи частоты для электропривода. - Киев: Наукова думка, 1988, стр.15, рис.2г). В таком преобразователе коэффициент преобразования по напряжению может быть больше единицы (максимально - 1,65) в качестве ключей используются либо включенные встречно-параллельно запираемые тиристоры, либо транзисторы.

Однако указанный преобразователь довольно сложный, так как имеет большое число двунаправленных ключей с полным управлением (18 штук для трехфазных напряжений).

Известен также преобразователь, являющийся прототипом (Зиновьев Г.С., Левин Е.Ю., Попов В.И. Непосредственный преобразователь частоты. Патент РФ 2154353 от 08.08.2000 БН 34, 10.12.2002., фиг.1). Он содержит три группы (в общем случае m групп) входных ключей, соединенными одними концами в звезду, а вторыми объединенных между группами и образующих вход преобразователя частоты. В нем также присутствует три накопительных реактора, три накопительных конденсатора. Такой преобразователь позволяет, помимо регулирования частоты выходного напряжения, регулировать величину выходного напряжения как ниже, так и существенно выше величины входного напряжения.

Однако указанное устройство имеет дополнительные выпрямительные схемы с однонаправленными ключами, что увеличивает потери в схеме преобразователя, а это приводит к снижению К.П.Д.

Задачей предлагаемой полезной модели является создание непосредственного преобразователя частоты с улучшенным К.П.Д. за счет упрощения схемы.

Это достигается тем, что в непосредственном преобразователе частоты, содержащем двунаправленные входные ключи, объединенные в группы, число n которых равно числу фаз преобразователя, двунаправленные входные ключи соединены в каждой группе одними концами и образуют m-фазную звезду, где m-число фаз входного напряжения, другие концы упомянутых ключей каждой группы соединенных с соответствующими другими концами двунаправленных входных ключей всех других групп и образуют вход преобразователя частоты, содержащем также накопительные реакторы по числу m входных фаз преобразователя и накопительные конденсаторы по числу n выходных фаз преобразователя, а так же n фазную нагрузку, соединенную в звезду или многоугольник, накопительные реакторы соединены каждый одним концом с выходом источника входного напряжения, а другим концом с соответствующим входом преобразователя, накопительные конденсаторы образуют n фазную звезду или многоугольник, концы которых соединены с n фазным выходом непосредственного преобразователя.

На фиг.1 предоставлена схема предлагаемого преобразователя, рассматриваемого на примере преобразователя трехфазного (m=3) входного напряжения в трехфазное выходное напряжение, т.е. m=n, а на рис.2 диаграммы его работы.

Предлагаемый непосредственный преобразователь частоты (фиг.1) содержит три накопительных реактора 1, включенных между входом источника входного напряжения и входом непосредственного преобразователя, имеющего девять входных двунаправленных ключей 2, объединенных в три группы соответственно трем выходным фазам преобразователя, соединенного в каждой группе одними своими зажимами ключей в звезду, а вторыми зажимами ключей соответственно объединенные в группах и образующих выход преобразователя. Кроме того непосредственный преобразователь содержит три накопительных конденсатора 3, соединенные в звезду, другие концы которого подключены к выходу непосредственного преобразователя. Три фазы нагрузки 4 подключены также к выходу преобразователя.

Непосредственный преобразователь частоты работает следующим образом. На входе ключа 1 подаются управляющие импульсы так, что бы сформировать кривую напряжения, аналогичную напряжению в непосредственном преобразователе частоты с однократной модуляцией (см. Чехет Э.М. и др. Непосредственные преобразователи частоты для электропривода. - Киев: Наукова думка, 1988, стр.22). Для регулирования величины выходного напряжения применяется широтно-импульсное регулирование. Высокочастотный такт разбивается на два интервала. На первом интервале замыкаются все ключи 2 одной звезды ключей и приходит накопление энергии в накопительных реакторах 1. На втором интервале ключи 2 размыкаются и включаются соответствующие ключи для формирования кривой выходного напряжения, как при однократной модуляции. При этом накопленная на первом интервале энергия в накопительных реакторах 1 передается в накопительные конденсаторы, заряжая их до напряжения больше напряжения питающей сети. Это видно на фиг.2.а, где представлены питающее напряжение и напряжение на нагрузке. На диаг.2.б) показан ток нагрузки, а на фиг.2.в. напряжение и ток питающей сети. Накопительные конденсаторы выполняют одновременно роль накопления энергии и фильтрации выходного напряжения на нагрузке 4, подключенной к этим конденсаторам.

Таким образом, повышается коэффициент полезного действия схемы, т.к. отпадает необходимость в дополнительных диодных выпрямительных мостах с ключами на входе, которые имеются в схеме прототипа. Следовательно, отсутствуют дополнительные потери в дополнительных элементах схемы.

Непосредственный преобразователь частоты, содержащий двунаправленные входные ключи, объединенные в группы, число n которых равно числу фаз преобразователя, двунаправленные входные ключи соединены в каждой группе одними концами в общую точку и образуют m-фазную звезду, где m - число фаз входного напряжения, другие концы упомянутых ключей каждой группы соединены с соответствующими другими концами двунаправленных входных ключей всех других групп и образуют вход преобразователя частоты, также накопительные реакторы по числу m входных фаз преобразователя и накопительные конденсаторы по числу n выходных фаз преобразователя, а так же n-фазную нагрузку, соединенную в звезду или многоугольник, отличающийся тем, что указанные накопительные реакторы соединены каждый одним концом с выходом источника входного напряжения, а другим концом - с соответствующим входом преобразователя, а накопительные конденсаторы образуют n-фазную звезду или многоугольник, концы которых соединены с n-фазным выходом непосредственного преобразователя.