трехфазный реверсивный знакопеременный преобразователь частоты, ведомый сетью

Формула изобретения

Трехфазный реверсивный знакопеременный преобразователь частоты, ведомый сетью, содержащий два полупроводниковых блока трехфазного мостового модуля, выполненных из полупроводниковых элементов, причем полупроводниковые элементы одного полупроводникового блока объединены и подключены к началу нагрузки и полупроводниковые элементы другого полупроводникового блока объединены и подключены к концу нагрузки, а полупроводниковые элементы одного полупроводникового блока и полупроводниковые элементы другого полупроводникового блока соединены попарно, и эти пары подключены к соответствующим фазам трехфазного источника переменного напряжения, отличающийся тем, что в качестве полупроводниковых элементов использованы транзисторы, пропускающие в ключевом режиме ток в направлениях от эмиттера к коллектору и от коллектора к эмиттеру, при этом коллекторы транзисторов одного полупроводникового блока трехфазного мостового модуля объединены и подключены к началу нагрузки, а коллекторы транзисторов другого полупроводникового блока трехфазного мостового модуля объединены и подключены к концу нагрузки, эмиттеры транзисторов одного и другого полупроводниковых блоков трехфазного мостового модуля соединены попарно и подключены к соответствующим фазам трехфазного источника переменного напряжения.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к устройствам преобразования частоты, ведомых сетью, и может быть использовано в установках, в которых требуется регулирование частоты.

Известно устройство преобразования переменного напряжения одной частоты в переменное напряжение другой частоты, содержащее два трехфазных мостовых реверсивных модуля, каждый из которых образован двумя полупроводниковыми блоками, выполненными из полупроводниковых элементов. В качестве полупроводниковых элементов использованы двенадцать тиристоров. Катоды трех тиристоров и аноды трех тиристоров двух полупроводниковых блоков обоих трехфазных мостовых реверсивных модулей объединены через уравнительный реактор и подключены к началу нагрузки. Аноды трех тиристоров и катоды трех тиристоров двух полупроводниковых блоков обоих трехфазных мостовых реверсивных модулей также объединены через уравнительный реактор и подключены к концу нагрузки. В каждом трехфазном мостовом реверсивном модуле катоды тиристоров одного полупроводникового блока и аноды тиристоров другого полупроводникового блока соединены попарно, и эти пары подключены к вторичной обмотке трехфазного трансформатора. Первичная обмотка трехфазного трансформатора подключена к трехфазному источнику переменного напряжения (Бернштейн А.Я., Гусяцкий Ю.М., Кудрявцев А.В., Сарбатов Р.С. Тиристорные преобразователи частоты в электроприводе / А.Я.Бернштейн, Ю.М.Гусяцкий, А.В.Кудрявцев, Р.С.Сарбатов - М.: Энергия, 1980. - С.203, рис.6.1).

Основными недостатками описанного устройства преобразования переменного напряжения одной частоты в переменное напряжение другой частоты являются отсутствие возможности получения на нагрузке напряжения высокой частоты, низкая надежность, большие габариты, сложность системы управления вследствие большого количества тиристоров, используемых в трехфазных мостовых реверсивных модулях.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является полупроводниковое устройство преобразования переменного напряжения в постоянное, содержащее два полупроводниковых блока трехфазного мостового модуля, выполненных из полупроводниковых элементов. В качестве полупроводниковых элементов использованы шесть тиристоров. Катоды трех тиристоров одного полупроводникового блока объединены и подключены к началу нагрузки, аноды трех тиристоров другого полупроводникового блока объединены и подключены к концу нагрузки. Аноды одного полупроводникового блока и катоды другого полупроводникового блока соединены попарно, и эти пары подключены к соответствующим фазам трехфазного источника переменного напряжения (Терехов В.М. Элементы автоматизированного электропривода / В.М. Терехов. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - С.45, рис.2.14).

Основным недостатком этого полупроводникового устройства преобразования переменного напряжения в постоянное является отсутствие возможности получения на нагрузке переменного напряжения различной частоты.

Предлагаемым изобретением решается задача получения на нагрузке знакопеременного напряжения различной частоты.

Для решения поставленной задачи в трехфазном реверсивном знакопеременном преобразователе частоты, ведомом сетью, содержащем два полупроводниковых блока трехфазного мостового модуля, выполненных из полупроводниковых элементов, причем полупроводниковые элементы одного полупроводникового блока объединены и подключены к началу нагрузки и полупроводниковые элементы другого полупроводникового блока объединены и подключены к концу нагрузки, а полупроводниковые элементы одного полупроводникового блока и полупроводниковые элементы другого полупроводникового блока соединены попарно, и эти пары подключены к соответствующим фазам трехфазного источника переменного напряжения, согласно изобретению в качестве полупроводниковых элементов использованы транзисторы, пропускающие в ключевом режиме ток в направлениях от эмиттера к коллектору и от коллектора к эмиттеру. При этом коллекторы транзисторов одного полупроводникового блока трехфазного мостового модуля объединены и подключены к началу нагрузки, а коллекторы транзисторов другого полупроводникового блока трехфазного мостового модуля объединены и подключены к концу нагрузки. Эмиттеры транзисторов одного и другого полупроводниковых блоков трехфазного мостового модуля соединены попарно и подключены к соответствующим фазам трехфазного источника переменного напряжения.

Обеспечение возможности получения на нагрузке знакопеременного напряжения различной частоты обусловлено использованием в качестве полупроводниковых элементов транзисторов, пропускающих в ключевом режиме ток в прямом и обратном направлениях вследствие симметричной структуры полупроводникового транзистора - р-n-р или n-р-n.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого трехфазного реверсивного знакопеременного преобразователя частоты, ведомого сетью; на фиг.2 изображены осциллограммы напряжений трехфазного источника переменного напряжения, осциллограммы напряжений на нагрузке при частоте 150 Гц, а также указаны транзисторы, открываемые в каждый конкретный промежуток времени; на фиг.3 изображены осциллограммы напряжений трехфазного источника переменного напряжения, осциллограммы напряжений на нагрузке при частоте 30 Гц, а также указаны транзисторы, открываемые в каждый конкретный промежуток времени.

Кроме того на чертеже используются следующие обозначения:

- Uсети - напряжение сети;

- А, В, С - фазы питания от трансформатора напряжения;

- VT1-VT6 - полупроводниковые транзисторы;

- t1-t8 - промежутки времени.

Трехфазный реверсивный знакопеременный преобразователь частоты, ведомый сетью, содержащий два полупроводниковых блока 1 и 2 трехфазного мостового модуля, выполненных из полупроводниковых элементов. В качестве полупроводниковых элементов использованы транзисторы, пропускающие в ключевом режиме ток в направлениях от эмиттера к коллектору и от коллектора к эмиттеру.

В первом полупроводниковом блоке 1 коллекторы транзисторов 2 (VT1), 3 (VT3), 4 (VT5) объединены и подключены к началу 5 нагрузки 6. Во втором полупроводниковом блоке 7 коллекторы транзисторов 8 (VT2), 9 (VT4), 10 (VT6) объединены и подключены к концу 11 нагрузки 6.

Эмиттер транзистора 2 (VT1) первого полупроводникового блока 1 и эмиттер транзистора 8 (VT2) второго полупроводникового блока соединены, и их пара подключена к фазе 12 (фаза А) трехфазного источника переменного напряжения.

Эмиттер транзистора 3 (VT3) первого полупроводникового блока 1 и эмиттер транзистора 9 (VT4) второго полупроводникового блока соединены, и их пара подключена к фазе 13 (фаза В) трехфазного источника переменного напряжения.

Эмиттер транзистора 3 (VT5) первого полупроводникового блока 1 и эмиттер транзистора 10 (VT6) второго полупроводникового блока соединены, и их пара подключена к фазе 14 (фаза С) трехфазного источника переменного напряжения.

Работа трехфазного реверсивного знакопеременного преобразователя частоты, ведомого сетью, осуществляется следующим образом.

Для получения расчетной частоты регулируемого напряжения 150 Гц в начальный момент времени t1 (фиг.2) открываются транзисторы 2 (VT1) и 9 (VT4), ток пойдет по цепи фаза 12 (фаза А) трехфазного источника переменного напряжения, транзистор 2 (VT1), нагрузка 6, транзистор 9 (VT4), фаза 13 (фаза В) трехфазного источника переменного напряжения. В момент времени t2 открываются транзисторы 8 (VT2) и 4 (VT5), ток пойдет по цепи фаза 12 (фаза А) трехфазного источника переменного напряжения, транзистор 8 (VT2), нагрузка 6, транзистор 4 (VT5), фаза 14 (фаза С) трехфазного источника переменного напряжения. В момент времени t3 открываются транзисторы 3 (VT3) и 10 (VT6), ток пойдет по цепи фаза 13 (фаза В) трехфазного источника переменного напряжения, транзистор 3 (VT3), нагрузка 6, транзистор 10 (VT6), фаза 14 (фаза С) трехфазного источника переменного напряжения. В момент времени t4 открываются транзисторы 9 (VT4) и 2 (VT1), ток пойдет по цепи фаза 13 (фаза В) трехфазного источника переменного напряжения, транзистор 9 (VT4), нагрузка 6, транзистор 2 (VT1), фаза 12 (фаза А) трехфазного источника переменного напряжения. В момент времени t5 открываются транзисторы 4 (VT5) и 7 (VT2), ток пойдет по цепи фаза 14 (фаза С) трехфазного источника переменного напряжения, транзистор 4 (VT5), нагрузка 6, транзистор 8 (VT2), фаза 12 (фаза А) трехфазного источника переменного напряжения. В момент времени t6 открываются транзисторы 10 (VT6) и 3 (VT3), ток пойдет по цепи фаза 14 (фаза С) трехфазного источника переменного напряжения, транзистор 10 (VT6), нагрузка 6, транзистор 3 (VT3), фаза 13 (фаза В) трехфазного источника переменного напряжения. В момент времени t7 последовательность работы трехфазного реверсивного знакопеременного преобразователя частоты, ведомого сетью, повторяется.

Для получения расчетной частоты регулируемого напряжения 33,33 Гц в начальный момент времени t0 (фиг.3) открываются транзисторы 2 (VT1) и 9 (VT4), ток пойдет по цепи фаза 12 (фаза А) трехфазного источника переменного напряжения, транзистор 2 (VT1), нагрузка 6, транзистор 9 (VT4), фаза 13 (фаза В) трехфазного источника переменного напряжения. В момент времени t1 открываются транзисторы 2 (VT1) и 10 (VT6), ток пойдет по цепи фаза 12 (фаза А) трехфазного источника переменного напряжения, транзистор 2 (VT1), нагрузка 6, транзистор 10 (VT6), фаза 14 (фаза С) трехфазного источника переменного напряжения. В момент времени t2 открываются транзисторы 3 (VT3) и 10 (VT6), ток пойдет по цепи фаза 13 (фаза В) трехфазного источника переменного напряжения, транзистор 3 (VT3), нагрузка 6, транзистор 10 (VT6), фаза 14 (фаза С) трехфазного источника переменного напряжения. В момент времени t3 открываются транзисторы 3 (VT3) и 8 (VT2), ток пойдет по цепи фаза 13 (фаза В) трехфазного источника переменного напряжения, транзистор 3 (VT3), нагрузка 6, транзистор 8 (VT2), фаза 12 (фаза А) трехфазного источника переменного напряжения. В момент времени t4 открываются транзисторы 10 (VT6) и 3 (VT3), ток пойдет по цепи фаза 14 (фаза С) трехфазного источника переменного напряжения, транзистор 10 (VT6), нагрузка 6, транзистор 3 (VT3), фаза 13 (фаза В) трехфазного источника переменного напряжения. В момент времени t5 открываются транзисторы 8 (VT2) и 3 (VT3), ток пойдет по цепи фаза 12 (фаза А) трехфазного источника переменного напряжения, транзистор 8 (VT2), нагрузка 6, транзистор 3 (VT3), фаза 13 (фаза В) трехфазного источника переменного напряжения. В момент времени t6 открываются транзисторы 8 (VT2) и 4 (VT5), ток пойдет по цепи фаза 12 (фаза А) трехфазного источника переменного напряжения, транзистор 8 (VT2), нагрузка 6, транзистор 4 (VT5), фаза 14 (фаза С) трехфазного источника переменного напряжения. В момент времени t7 открываются транзисторы 9 (VT4) и 4 (VT5), ток пойдет по цепи фаза 13 (фаза В) трехфазного источника переменного напряжения, транзистор 9 (VT4), нагрузка 6, транзистор 4 (VT5), фаза 14 (фаза С) трехфазного источника переменного напряжения.

Таким образом, предлагаемое изобретение имеет преимущества по сравнению с известными из-за возможности получения на нагрузке знакопеременного напряжения различной частоты.