Преобразователь частоты для расщипленной нагрузки
Иллюстрации
Реферат
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ДЛЯ РАСЩЕПЛЕННОЙ НАГРУЗКИ, содержащий два трехфазных.инвертора напряжения , предназначенные для сдвига напряжения по фазе на ЗО, выходные выводы которых связаны с системой обмоток трехфазного трансформатора , имеющего на каждом стержне по три обмотки, предназначенные, для подключения к инвертору и к нагрузке, отличающийся тем, что, с целью улучшения массо-.габаритных показателей за счет уменьшения установленной мощности трансформатора, первая обмотка каждой фазы выполнена с числом витков в лЗ раз больше числа витков второй и третьей обмоток, причем первая обмотка своими началани подключена к выводам инвертера с опережающим напряжением, а ее концы образуют первую трехфазную систему выводов для подключения нагрузки, концы каящой из вторых обмоток, расположенных на общем стержне с соответствунщей первой обмоткой, подключены к одноименным выводам инвертора с отстающим напряжением , а начала зтих обмоток соединены с началами третьих обмоток , составляющих отстающую фазу, .а концы третьих обмоток образуют вторую трехфазную систему вьгоодов для подключения нагрузки.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
ЭММИНУ М
РЕСПУБЛИК ае аи
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И Of ÍÐÛÒÈÉ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 348724 7/24-07 (22) 03..09. 82 (46) 07. f2.84 ° Бюл. В 45 (72) А.Г. Савин (71) Калининский ордена Трудового
Красного Знамени политехнический институт (53) 62-83:621.313.333.072.9 (088.8) (56) 1. Патент ФРГ В 1463355, . Н Ог Р 7/42, 1973.
2. Справочник по преобразовательной технике. Киев, "Техника", 1978, с. 168. (54) (57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ
ДЛЯ РАСЩЕПЛЕННОЙ НАГРУЗКИ, содержащий два трехфазных инвертора напряжения, предназначенные для сдвига напряжения по фазе на 30, выходные выводы которых связаны с системой обмоток трехфазного трансформатора, имеющего на каждом стержне по три обмотки, предназначенные для подключения к инвертору и к
gag Н 02 M 7/515, Н 02,Р 7/42 нагрузке, отличающийся тем, что, с целью улучшения массо-: габаритных показателей за счет уменьшения установленной мощности трансформатора, первая обмотка каждой фазы выполнена с числом витков в 13 раз больше числа витков второй и третьей обмоток, причем первая обмотка своими нача- лами подключена к выводам инвертара с опережающим напряжением, а ее концы образуют первую трехфазную систему выводов для подключения нагрузки, концы каждой из вторых обмоток, расположенных на общем стержне с соответствующей первой обмоткой, подключены к одноименным выводам инвертора с отстающим напряжением, а начала этих обмоток соединены с началами третьих обмоток, составляющих отстающую фазу, а концы третьих обмоток образуют . вторую трехфазную систему выводов для подключения нагрузки.
Йзобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для питания электродвигателей.
Известен преобразователь частоты для расщепленной нагрузки, содержащий два инвертора напряжения, выходы которых подключены к обмоткам асинхронного двигателя И .
Вследствие несинусоидальности напряжения инвертора возрастают потери в двигателе, а при низких частотах появляется неравномерность вращения, ограничивающая нижний предел регулирования.
Известен преобразователь частоты для расщепленной нагрузки, содержащий два трехфазных инвертора напряжения, предназначенные для сдвига о напряжения по фазе на 30 ° выходные
l выводы которых связаны с системои обмоток трехфазного трансформатора, имеющего на каждом стержне .по три обмотки, предназначенные для подключения к инвертору и к нагрузке, причем первичные обмотки подключены к инвертору, а вторичные соединены в зигзаг f7);
Недостаток устройства состоит в том, что трансформаторы рассчитываются на половину мощности нагруз-. ки, что ухудшает его малогабаритные показатели.
Цель изобретения — улучшение массогабаритных показателей за счет уменьшения установленной мощности трансформатора.
Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе частоты для расщепленной нагрузки, содержа-! щем два трехфазных инвертора на пряжения, предназначенные для сдвига напряжения по фазе на 30, выходные о выводы которых связаны с системой обмоток трехфазного трансформатора, имеющего на каждом стержне по три обмотки, предназначенные для. подключения к инвертору и к нагрузке, первая обмстка каждой фазы трансформатора выполнена с,числом витков в 3 раз, больше числа витков второй и третьей обмоток, причем первая. обмотка своими началами подклю чена к выводам инвертора с опережающим напряжением, а ее концы образуют первую трехфазную, систему выводов для подключения нагрузки, концы
128354
10
45 каждой из вторых обмоток, расположенных на общем стержне с соответствующей первой обмоткой, подключены к одноименным выводам инвертора с отстающим напряжением, а начала этих обмоток соединены с началами третьих обмоток, составляющих отстающую фазу, а концы третьих обмоток образуют вторую трехфазную систему выводов для подключения нагрузки.
На фиг.1 представлена принци.пиальная схема преобразователя частоты для расщепленной нагрузки, в качестве которой использован двигатель с расщепленной обмоткой на статоре; на фиг.2 — то же, но с двумя отдельными двигателями, на фиг.3 и 4 — векторные и временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя °
Преобразователь частоты содержит два трехфазных инвертора 1 и 2, предназначенные для обеспечения фазового сдвига напряжений на 30 подключенные к источнику 3 постоянного тока. Выводы инверторов свя заны с нагрузкой через систему обмоток трехфазного трансформатора 4, на каждом стержне которого расположены три обмотки. Первые обмотки 5 каждой фазы имеют в - 3 раэ большее число витков, чем вторая 6 и третья
7 обмотки трансформатора. При этом обмотка 5 своими началами подключе-. на к выводам инвертора 1 с опережающим. напряжением, а ее концы образуют первую трехфазную систему выводов
8. для подключения нагрузки. Выводы каждой из вторых обмоток 6, расположенных на общем стержне с соответствующей первой обмоткой, концами подключены к соответствующим выводам инвертора 2 с отстающим напряжением, а началами соединены с началами третьих обмоток 7, составляЬщих отстающую фазу, а концы этих третьих обмоток образуют вторую трехфазную систему выводов 9 для подключения нагрузки.
В качестве нагрузки может быть использован трехфазный двигатель 10 с расщепленной обмоткой статора, состоящей из двух секций 11 и 12, смещенных по окружности статора. друг относительно друга на угол
30/р градусов, вьводы которых под55
3 11 ключены к выводам 8 и 9 трехфазного трансформатора,.
В качестве нагрузки могут быть использованы два отдельных двигателя 13 и 14, роторы которых установ лены на общем валу, а статорные обмотки подключены к выводам 8 и 9 трансформатора.
Устройство работает следующим образом.
Напряжение трехфазного инвертора имеет прямоугольно-ступенчатую форму. Такую форму можно получить, рассматривая проекцию на ось +j дискретно вращающегося вектора (фиг.38). Этот вектор неподвижен в течение некоторого интервала, а затем мгновенно поворачивается на
2 п угловой шаг 4Д = —, где N — некоторое целое число, причем момейт,поворота вектора совпадает с моментами коммутации вентилей, а величина углового шага b б численно равна углу между коммутациями. Поскольку вентили инверторов 1 и 2 переклюо чаются со сдвигом по фазе на 30 их интервалы непрерывности q< и q не совпадают друг с другом. Взаимное расположение этих интервалов показано на фиг.30.
Так как в течение интервалов непрерывности напряжения на выходе инверторов 1 и 2 постоянны, напряжения на всех других элементах также будут постоянны. Из этого следует, что напряжения на обмотках трансфор" матора и двигателя будут иметь прямоугольно-ступенчатую форму, но продолжительность интервалов непрерывности q> для этих напряжений в два раза меньше (фиг.3д). Для интервала непрерывности все напряжения могут быть изображены соответствующими векторами. Обозначим U = 0
= — Š— модули векторов фазных на3 d пряжений на обмотках 11 и 12 асинхронного двигателя 10,U и U6 модули фазных напряжений на обмотках трансформатора.
Построим векторную диаграмму для одной фазы для интервала непрерывности q < = q > = q > = 1. Векторы
Ф напряжений U< и U< в этом интервале совпадают по фазе и располагаются под углом +30 относительно оси +j (фиг.36). Поскольку полуобмотки ста28354 ф тора 11 и 12 смещены в пространстве на угол 30/р градусов, векторы напряжений.U> и U4 должны быть о сдвинуты по фазе на 30 . Благодаря укаэанному соединению обмоток 6 и 7 трансформатора 4 напряжения U < и
U должны быть сдвинуты на 150
С учетом этих фазных соотношений, а также с учетом очевидных равенств
П4 Ug 6
\ I
4 6
t. по стр о ена вект ор ная диа грамма
15 (фиг. 33) .
При коммутации вентилей в .инверторе 1 его вектор напряжения U noо
1 вернется на 60 . Тогда для интер-.., вала непрерывности q> = 2 будет
2б справедлива векторная диаграмма ° фиг.3 8, построенная при соблюдении тех же фазовых соотношений между векторами напряжений П.и U
U и U . Из нее следует, что модули
g5 напряжений U u U4 остались неиз9 менными, но эти векторы повернулись на 30 по сравнению с интервалом непрерывности q = 1,Модули век торов Uq u U также остались неизменными, но эти векторы повернулись на 4 6 = 210 . Аналогичным образом может быть рассмотрено положение векторов на последующих интервалах.
В соответствии с этими диаграм35 мами построены временные диаграммы напряжений U2, U4 и U (фиг.4).
Разложение в ряд Фурье показывает, что в напряжении на статоре со40 держатся гармоники порядка 12k+1
М = 1 2 3. В напряжении на трансформаторе присутствуют гармоники порядка 6(2k-1)И, k = 1,2.,3.
Расчетная мощность трансформатора определяется в виде
15, =Щ, тр э где J — действующее значение линейного тока;
50 U9, — действующее значение синусоидального напряжения основной частоты, эквивалентное по потерям в сердечнике несинусоидальному напряжению.
Учитывая малую степень искажения напряжения на нагрузке, ее полную мощность найдем как
1128354 Н "Н 1 . где ц„, — действующее значейне н(1, Ю основной гармоники фазного напряжения нагрузки.
Тогда расчетная мощность трансформатора в относительных единицах определяется как бтра ь„* =asu„, 9 и
\ где g - — относит,ельная велиэ
И0) чина эквивалентного напряжения.
Для расчета потерь при синусоидальном напряжении воспользуемся соотношением
Рс =Ро— где P —.удельные потери при некоО торых базовых значениях частоты fo и магнитной индукции Вр.
Полагая, что Е f и учитывая,,.что U<«1 = U(„1 где U<,) цей ствующее значение основной гармоники напряжения инвертора, что в напряжении на трансформаторе присутствуют только гармоники порядка
6(21 -1)+1 и что U = U (ч найдем
"э е.-? (Ъ
Полагая, что P = 2, К = 1,3+1,5 получим
1 р (7+85)X
В этом случае, когда электропривод механизма может быть выполнен, двухдвигательным, в устройстве возможно использование двух двигателей половинной мощности обычной конструкции с одной обмоткой на статоре. Каждая обмотка статора подключается к выводам переменного тока одного из мостов последовательно с одной из обмоток трансформатора (фиг.2). Валы двигателей должны быть жестко связаны друг с другом.
Таким образом, использование указанного соединения трансформатора при работе на расщепленную нагрузку позволяет уменьшить установленную мощность трансформатора с подавлением 5-ой и 7-ой гармоник тока. !
1128354
1128354
%
Ь М
1128354
0187
Фи .O
arzz о,ггпу
Составитель В. Тарасов
Техред О. Вашишина Корректор С. Шекмар
Редактор Т. Кугрышева
Заказ 9081/42
Тираж ббб Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4