Преобразователь частоты

Преобразователь частоты

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик (И) 6078 18 (6)) Дополнительное к авт. свид-ву— (Я) 3аявлено18.06.75 (Q)) 2 1475 16/07

2 (5)),М. Кл. е присоединением заявки М (23) Приоритет (43) Опубликовано15.05.78.Бюллетень ¹18 (45) Дата опубликования описания, 26.04.78

Н 02 М 5/16

Гвударстваиьб вкатит

6рмте Мхнхлра ИР пф дини кзобрвтхнхх н втирыткх (53) @gal 621 314. . 26 (088.8) В, С. Могила, А. П. Разгонов, Ю. А. Кравцов, . Н. Н. Бепобородов и Б. М. Степенский

Уральское отдепеиие Всесоюзного ордена Трудового

Красного Знамени научнс -исспедоватепьского института железнодорожного транспорта (7)) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к технике преобразОвания переМенного тока одной частоты в переменный ток другой частоты с применени ем ферромагнитных элементов и может быть испопьзовано в устройствах автоматики и те- к пемеханики, в частности дпя питания электрических рельсовых цепей на жепезнодорожном транспорте.

Известны преобразователи частоты на базе ферромагнитных эпементов и параметрических депитепей частоты, используемые дпя получения. синусоидапьного напряжения с час- . тотой субгармоник, а также с частотой, превышающей частоту источника накачки ) 1).

Кроме того, известны непосредственные 15 вентильные преобразоватепи частоты, построенные на базе управления вентипьных ячеек, собранных в токосборнике группы, формирующие разноименные попувопны тока нагрузки P2) (Э),)4(20

Недостатками преобразователей частоты на базе ферромагнитных и параметрических эпементов являются сложность схемы, большие вес и габариты устройства, необходимость при генерации некоторых субгармоник ® специальных стартовых схем, обеспечивающих так называемые ударное возбуждение либо гармоническую синхройизацию . копебаний на выходной частоте, необходимость в ус гройстве выпрямителя, шунтированного сравнительно сложным фильтром, специапьно мощной, :цеди искусственной коммутации управляемых вентилей, уступающей, как известно, по надежности, габаритам!и т.д, схемам с естественной коммутацией, а также цепи подмагничивания делителя частоты с защитным фипьт ром, предотвращающим замыкание тока накачки делителя через источник питания этой цепи; кроме того, в таком устройстве отсут ствует синхронизации частоты питающей сети и выходной частоты.

К недостаткам непосредственных преобразоватепей частоты с естественной коммутацией следует отнести невозможность повышения выходной частоты, верхняя граница ко торой при пюбом законе изменения угпа регупироьания вентилей не превышает половины частоты питающей сети, тогда как в практиие необиопимо иметь теототы, иепример 33/ ипи 66 Гц, синхронизированные с промышлеи6073 18 ной частотой однофазной питающей сети. При повышении кратности деления частоты и формирования положительной и отрицательной полуволн тока нагрузки, например путем соз-дания пауз между полуволнами, существенно ухудшается форма кривой выходного напряжения преобразователя, что требует допол-. нительных мер для приближения ее к синусоиде.

Наиболее близким по технической сушнос=;(() ти к изобретению является преобразователь частоты, содержащий индуктивный параметри= ческий генератор, входные обмотки которого через полупроводниковый преобразовательный ,блок подключены к зажимам питающей сети, д а выходные - к зажимам однофазной нагруз= ки, и систему управления преобразовательным блоком ) 2j.

Предлагаемое устройство отпишется от известного тем, что входные обмотки ин- 2О дуктивного параметрического генератора через управляемые вентили, включенные по двухтактной схеме, связаны с зажимами питающей сети через две цеци, одна из которых вместе с системой управления подклю л5 чена к сети непосредственно, а другая— через фазоврашатель, обеспечивающий между токами входных обмоток сдвиг фаз на 90о.

Это отличие позволяет получить частоты, некратные частоте питающей сети, и упростить устройство.

Предлагаемое устройство отличается or прототипа также и тем что индуктивный параметрический генератор выполнен без специальной обмотки подмагничивания. Это позволяет расширить диапазон выходных чаотот синусоидальной формы, На фиг. 1 показана принципиальная электрическая схема преобразователя с выходной частотой П. или-,:; на фиг. 2 - диаграммы

ji1.

1 токов и напряжений в основных точках схемы фиг. 1(на фиг. 3 — принципиальная электрическая схема преобразователя с. выходной частотой 1, 3321:, или 0,666 . на фиг.

4 — диаграммы токов и напряжений в основных точках схемы фиг. 3.

На фиг. 1-4 приняты условные обозначения: 1 — источник питания частотой1

П1

2 — управляемые вентили 3 — система уп)

50 равления вентилями с заданной частотой1

1ф

4 — индуктивный параметрический генератор

{ ИПГ) с выходной частотой 5 - фазовра у,! ша тель:

Т...,4 - управляемые вентили и импульсы их управления (см. фиг, 2, 4).

" цп - напряжение источника питающей сети: . xp г x Ilt ,Ц Ц соответственно ток накачки н н в

ИПГ и выходное напряжение преобразователя gg частоты в режиме главного, первого и второго параметрического резонанса ИПГ:

Тл - период частоты питающей сети, Устройство работает следующим образом, Б преобразователе частоты (см, фиг. 1, 2) управляемые вентили Т и Т> включа1отся по двухтактной схеме последовательно ло разрешающему сигналу системы управления

3, синхронизированной напряжением питающей сети 1, как это показано на фиг. 2.

Индуктивнь и параметрический генератор 4 выполнен без обмотки подмагничивания, что дает возможность наиболее .просто использоватьь его D трех режи>лах генерации выходной частоты и, тем самым, расширитьдиапазон частот на выходе преобразователя. Форма тока накачки во входных обмотках ИПГ выбирается в зависимости от режима генерации. Во входных обмотках ИПГ управляемыми вентилями формируются либо однополярные, либо разнополярные полуволны тока накачки с заданной частотой 1„, устанавливаемой системой управления 3. При делении частоты тока накачки пополам этот ток формируется однопог лярным (кривая ((««фигс 2 ), при этом в контуре ИПГ возпикает TBK называемый главный параметрический резонанс. При разнополярном токе накачки (кривые „ фиг. 2 и фиг. 4-) и определением выбора параметров

ИПГ в его контуре возникают колебания (крии

Вые0 Л фиг. 2) на частоте либо равной частоте kzz системы 3 (первый параметрический резонанс), либо в два раза превышающей эту частоту (второй параметрический резонанс). Формирование полуволн тока накачки, кроме отмеченного последовательного включения соответствующих управляемых вентилей„может осуществляться чередованием включения концов соответствующих входных обмоток ИПГ (см, фиг, 1 и 3).

Формирование симметричного тока накачки ИПГ частотой 0,666 „(ЗЗ- Гц при 1 =

= 50 Гц) в отличие от рассмотренного выше осуществляется от двух напряжений, сдвинутых между собой с помощью фазовращателя

5 на 90о как показано на фиг. 4 (кривые

0„, Д, ). В этом случае на выходе преобразователя (см. фиг, 3) может быть получено напряжение частотой 0,66 или 1,332 5 < (кри1 ц вы U,U „фиг. 4), Сопротивления r«в схеме фиг, 3 йеобходимы для улучшения режимов работы вентилей.

Система управления 3 может быть выполнена, например, на триггерных или кольцевых счетных схемах на базе полупроводниковых или м аг ни тных э леме н тов.

При однофазном источнике питания выход» ная частота в зависимости от входн< и частоты определяется по выражению1 —, у

Я дн в чА

607318 где <(>, - продопжигепьносгь паузы в р: диа- нах между попожнтепьной и отрицательной попувопнами или между соседними полуволнами гока накачки ИПГ; щ - коэффициент, равный едшшце при работе ИПГ в режиме

5 главного и первого параметрического резонанса, .и двум - в режиме. второго параметрического резонанса. Из приведенной формулы следует, что при питании от источника промышленной частоты на выходе преобразо- о ватепя частоты наиболее просто могут быть получены следующие частоты, в Гц. 66,6i 50у

33,3) 25 16,6 12,5 10", 8,35; 6,25; 3,125.

Отношение частоты питающей сети и выходной частоты может быть как кратным, так и ир-15 рациональным числом.

Преобразователи частоты предпагаемой конструкции не реагируют на короткие замыкания в нагрузке, имеют дос" àòî÷íî жесгкую20 внешнюю характеристику, в выходном напряжении содержат незначитепьный состав нечетных гармоник, позволяют существенно расширить диапазон выходной частоты и обпадают стабильностью выходного напряжения25 и синхронностью его частоты с частотой питающей сети.

Внедрение таких преобразовагепей, например. в рельсовых цепях систем железнодорожной автоматики и телемеханики даст

1 ощутимый экономический эффект, гпавным образом, за счет повышения устойчивости работы цепей при пониженном сопротивлении балласта рельсовой пинии, 35

Форл1ула изобре гения

1. Про образовагепь частоты, содоржащйй индуктивный пар- л|егрический генератор, входные обмотки которого через полупроводниковый преобразоватепьный блок подключены к .зажимам питающей сети, а выходные — к зажимам однофазной нагрузки, и систему управления преобразовательным бпокол1, о гпич ающи йся тел, что, с цельюполучения частот, некратных частоте мигающей сети, и упрощения, входные обмотки индуктивного параметрического генератора через управляемые вентили, включенные по двухтактной схеме, связаны с зажимами питающей сети через две цепи, одна из кото. рых вместе с системой управления подключена к сети непосредственно, а другая — через фазоврашагепь, обеспечивающий между токами входных обмоток сдвиг фаз на 90о.

2, Преобразователь частоты по п. 1, о т. и и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью расширения диапазона выходных частот синусоидапьной форл ы, индуктивный парал1етричеокий генератор выпопнен без специальной обмотки подмагничивания.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Патент США ¹ 2445857, кп. 3215, 1948.

2. Авторское свидетельство СССР № 255399, кл. 2 1 d "14/О 1, 1 967.

3. Авторское свидетельство СССР № 319085, кп. Н 03 К 23/10,1971.

4. Иньков IO. N, Вентильные преобразователи, Информэпектро, 1974, с. 64,