Трехфазный преобразователь частоты

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в качестве преобразователя напряжения переменного тока одной частоты в напряжение переменного тока другой частоты в системах энергоснабжения. Устройство содержит трехфазный трансформаторный узел 1, входные обмотки которого подключены к входному источнику трехфазного напряжения (U_ВХ. частоты f₁ ), а выходные - к входным выводам выпрямителя 2. Выходные выводы выпрямителя 2 присоединены к конденсатору 3 и выводам постоянного тока трехфазного транзисторного мостового инвертора с положительной обратной связью по току. Выводы переменного тока инвертора присоединены через L-C фильтры к выходным выводам преобразователя, на которых формируется напряжение U_ВЫХ. частоты f₂ . Последовательно с дросселем каждого из L-C фильтров включена первая обмотка 4 одного из трех трансформаторов тока 5. Две вторые обмотки 6 трансформаторов тока 5 присоединены к управляющим цепям транзисторов 7, образующих соответствующую стойку мостового инвертора. Начало и конец третьих обмоток 8, имеющих среднюю точку, соединены соответственно с одной из трех пар противофазных выходов блока управления 9. Средняя точка обмоток 8 связана с источником электропитания блока управления с напряжением U_ПИТ. Блок управления 9 может содержать зашунтированные обратными диодами транзисторы, одни из силовых электродов которых попарно образуют его противофазные выходы. Вторые силовые электроды транзисторов подсоединены к одному из выводов источника электропитания блока управления, второй вывод которого связан со средней точкой третьей обмотки 8 каждого трансформатора тока через резистор 10. Транзисторы 7 мостового инвертора управляются методом токовой связи в соответствии с сигналами, поступающими с блока управления 9. Для формирования трехфазного выходного напряжения управление стойками осуществляется со сдвигом 120 эл.град. Блок управления обеспечивает возможность организации данного сдвига и одновременно реализует регулируемые нулевые паузы в каждой полуволне выходного напряжения мостового инвертора. Указанные паузы формируются за счет одновременного отпирания всех транзисторов 7, подключенных к одному из выводов постоянного тока мостового инвертора и одновременного запирания всех транзисторов, подключенных к его другому выводу. Выполнение блока управления, способного реализовать формирование регулируемых нулевых пауз в каждой полуволне выходного напряжения мостового инвертора, с одновременной установкой на выходе инвертора L-C фильтров, позволило повысить качество выходного напряжения преобразователя путем улучшения его гармонического состава и стабилизации уровня, что является техническим результатом полезной модели. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в качестве преобразователя напряжения переменного тока одной частоты в напряжение переменного тока другой частоты в системах энергоснабжения широкого назначения.

Наиболее близким к полезной модели устройством является преобразователь частоты с промежуточным звеном постоянного тока (1). Известное устройство содержит трехфазный трансформаторный узел, первичные обмотки которого подключены к входному источнику трехфазного напряжения, а вторичные - к входным выводам трехфазного выпрямителя. Выходные выводы выпрямителя присоединены к конденсатору и выводам постоянного тока трехфазного транзисторного мостового инвертора. Выводы переменного тока инвертора непосредственно подключены к выходным выводам устройства.

Недостатком известного устройства является низкое качество выходного напряжения и отсутствие стабилизации его уровня. Данный недостаток обусловлен отсутствием технических средств, которые могли бы обеспечить достаточное качество выходного синусоидального напряжения.

Техническим результатом, которого можно достичь при использовании полезной модели, является повышения качества выходного напряжения путем улучшения его гармонического состава и стабилизации уровня. Технический результат достигается за счет того, что в трехфазном преобразователе частоты, содержащем трехфазный трансформаторный узел, входные обмотки которого подключены к входному источнику трехфазного напряжения, а выходные - к входным выводам выпрямителя, выходные выводы которого присоединены к конденсатору и выводам постоянного тока трехфазного мостового инвертора, выполненного на дискретных транзисторах, выводы переменного тока которого через первые обмотки соответствующих трансформаторов тока и дроссели L-C фильтров соединены с выходными выводами, при этом две вторые обмотки трансформаторов тока присоединены к управляющим цепям транзисторов, образующих соответствующую стойку мостового инвертора, а начало и конец третьих обмоток, имеющих среднюю точку, соединены соответственно с одной из трех пар противофазных выходов блока управления, а их средние точки связаны с источником электропитания блока управления, при этом блок управления выполнен обеспечивающим формирование регулируемых нулевых пауз в каждой полуволне выходного напряжения мостового инвертора путем одновременного отпирания всех транзисторов, подключенных к одному из выводов постоянного тока мостового инвертора с одновременным запиранием всех транзисторов, подключенных к его другому выводу.

Кроме того, блок управления может содержать зашунтированные обратными диодами транзисторы, одни из силовых электродов которых попарно образуют его противофазные выходы, при этом вторые силовые электроды транзисторов подсоединены к одному из выводов источника электропитания блока управления, второй вывод которого связан со средней точкой третьей обмотки каждого трансформатора тока через резистор.

На чертеже представлена электрическая схема трехфазного преобразователя частоты.

Устройство содержит трехфазный трансформаторный узел 1, входные обмотки которого подключены к входному источнику трехфазного напряжения (U_ВХ. частоты f₁ ), а выходные - к входным выводам выпрямителя 2. Выходные выводы выпрямителя 2 присоединены к конденсатору 3 и выводам постоянного тока трехфазного транзисторного мостового инвертора с положительной обратной связью по току. Выводы переменного тока инвертора присоединены через L-C фильтры к выходным выводам преобразователя, на которых формируется напряжение U_ВЫХ. частоты f₂ . Последовательно с дросселем каждого из L-C фильтров включена первая обмотка 4 одного из трех трансформаторов тока 5. Две вторые обмотки 6 трансформаторов тока 5 присоединены к управляющим цепям транзисторов 7, образующих соответствующую стойку мостового инвертора. Начало и конец третьих обмоток 8, имеющих среднюю точку, соединены соответственно с одной из трех пар противофазных выходов блока управления 9. Средняя точка обмоток 8 связана с источником электропитания блока управления с напряжением U_ПИТ. Блок управления 9 может содержать зашунтированные обратными диодами транзисторы, одни из силовых электродов которых попарно образуют его противофазные выходы. Вторые силовые электроды транзисторов подсоединены к одному из выводов источника электропитания блока управления, второй вывод которого связан со средней точкой третьей обмотки 8 каждого трансформатора тока через резистор 10.

Устройство работает следующим образом.

При подключении устройства к источнику напряжения переменного тока трехфазное напряжение U_ВХ. частотой f₁ подается на входной трансформаторный узел 1. После выпрямления и фильтрации постоянное напряжение поступает на вход мостового транзисторного инвертора, который преобразует его в трехфазное переменное напряжение U_ВЫХ. частоты f₂, уровень которого может быть отличен от входного U_ВХ.

Транзисторы 7 мостового инвертора управляются методом токовой связи (организованной с помощью трансформаторов тока 5) в соответствии с сигналами, поступающими с блока управления 9. Мостовой инвертор содержит три стойки, транзисторы 7 каждой из которых переключаются в противофазе. Для формирования трехфазного выходного напряжения управление стойками осуществляется со сдвигом 120 эл.град. Блок управления обеспечивает возможность организации данного сдвига и одновременно реализует регулируемые нулевые паузы в каждой полуволне выходного напряжения мостового инвертора. Указанные паузы формируются за счет одновременного отпирания всех транзисторов 7, подключенных к одному из выводов постоянного тока (положительному либо отрицательному) мостового инвертора и одновременного запирания всех транзисторов, подключенных к его другому выводу (соответственно отрицательному либо положительному).

Регулируемые нулевые паузы исключают третью и кратные ей гармоники в выходном напряжении инвертора и, как следствие, улучшают его гармонический состав. С помощью регулирования длительности пауз осуществляется стабилизации выходного напряжения преобразователя при действии различных дестабилизирующих факторов. Сглаживающие L-C фильтры, установленные на выходе инвертора, обеспечивают заданное качество синусоидального выходного напряжения.

Таким образом, данное выполнение блока управления, способного реализовать формирование регулируемых нулевых пауз в каждой полуволне выходного напряжения мостового инвертора, с одновременной установкой на выходе инвертора L-C фильтров, позволило повысить качество выходного напряжения преобразователя путем улучшения его гармонического состава и стабилизации уровня.

Благодаря хорошему качеству выходного напряжения полезная модель может найти широкое применение в системах энергоснабжения, например, летательных аппаратов.

Источники информации, принятые во внимание при составлении описания:

«Электрооборудование летательных аппаратов» под ред. С.А.Грузкова, М. МЭИ, т.2, 2008 г., с.87-90.

1. Трехфазный преобразователь частоты, содержащий трехфазный трансформаторный узел, входные обмотки которого подключены к входному источнику трехфазного напряжения, а выходные - к входным выводам выпрямителя, выходные выводы которого присоединены к конденсатору и выводам постоянного тока трехфазного мостового инвертора, выполненного на дискретных транзисторах, выводы переменного тока которого через первые обмотки соответствующих трансформаторов тока и дроссели L-C фильтров соединены с выходными выводами, при этом две вторые обмотки трансформаторов тока присоединены к управляющим цепям транзисторов, образующих соответствующую стойку мостового инвертора, а начало и конец третьих обмоток, имеющих среднюю точку, соединены соответственно с одной из трех пар противофазных выходов блока управления, а их средние точки связаны с источником электропитания блока управления, при этом блок управления выполнен обеспечивающим формирование регулируемых нулевых пауз в каждой полуволне выходного напряжения мостового инвертора путем одновременного отпирания всех транзисторов, подключенных к одному из выводов постоянного тока мостового инвертора, с одновременным запиранием всех транзисторов, подключенных к его другому выводу.

2. Трехфазный преобразователь частоты по п.1, отличающийся тем, что блок управления содержит зашунтированные обратными диодами транзисторы, одни из силовых электродов которых попарно образуют его противофазные выходы, при этом вторые силовые электроды транзисторов подсоединены к одному из выводов источника электропитания блока управления, второй вывод которого связан со средней точкой третьей обмотки каждого трансформатора тока через резистор.