Перетворювач фази з ланкою постійного струму

Преобразователь фазы со звеном постоянного тока, содержащий выпрямитель с системой импульсно-фазового управления, фильтр и инвертор с системой управления, при этом выход выпрямителя через фильтр соединен со входом инверто 28219 фазового управления, трехфазный синхронизирующий вход которой подключен к соответствующим фазам сети. К недостаткам устройства следует отнести ограниченность функциональных возможностей и области применения в следствие того, что оно не обеспечивает регулирование фазы выходного напряжения и двухсторонний обмен энергией между сетью и нагрузкой. В устройстве применен инвертор с междуфазной коммутацией, который не универсален в управлении и может работать только по 120-градусному алгоритму, что также ограничивает возможности устройства. Известен также преобразователь частоты со звеном постоянного тока, который обеспечивает регулирование фазы выходного напряжения, который описан в а.с. СССР № 1515316, Б.И. .№ 38, 1989. Он выполнен на базе предыдущего аналога серии ТПЧ, в котором для управления фазой выходного напряжения инвертора с междуфазной коммутацией применена (без какихлибо изменений) система управления от трехфазного мостового выпрямителя (например, блок БСУВ от этого же преобразователя ТПЧ, установленный взамен блока БСУИ), обеспечивающая для данного инвертора требуемый 120градусный алгоритм управления, путем формирования шести последовательностей сдвоенных импульсов, регулируемых по фазе относительно напряжения сети от 0 до p радиан. Однако и это устройство имеет ограниченные функциональные возможности и область применения, т.к. не обеспечивает двухсторонний обмен энергии через звено постоянного тока и возможность регулирования амплитуды и частоты в процессе регулирования фазы. Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь частоты 2-го поколения со звеном постоянного тока серии ЭКТ2Р (см. Электротехнический справочник. В 3 т. Т.З: В 2 кн. Кн. 2 Использование электрической энергии / под общей ред. профессоров МЭИ: И.Н. Орлова (гл. ред.) и др. - 7-е изд. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 616 с., илл., стр. 35, табл. 50.8), который взят за прототип. Он содержит реверсивный выпрямитель с раздельным управлением и поэтому обеспечивает двухсторонний обмен энергией между сетью и нагрузкой. Преобразователь содержит также фильтр и автономный инвертор напряжения с пофазной коммутацией и системой 180-градусного управления частотой (см. Справочник по наладке электрооборудования пром. предприятий / Под ред. М.Г. Зименкова и др. - 3-е изд., - М.: Энергоатомиздат, 1983. - С. 429, рис. 11-29). Система управления реверсивным выпрямителем включает три основных элемента (Электропривод ЭКТ2. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. ИАВК.655427. 002ТО, г. Запорожье, 1991. тип "ДМ", Зак. 792): систему импульсно-фазового управления, блок раздельного управления и блок выходных каскадов. Особенностью системы импульсно-фазового управления является то, что она имеет синхронизирующий вход, подключаемый к одной из фаз напряжения сети, например фазе А. Из этого напряжения (после фильтрации или после преоб разования посредством компаратора и генератора синусоидальных колебаний) формируют синусоидальное опорное напряжение для первого канала управления. Для второго и третьего каналов системы импульсно-фазового управления опорные напряжения формируются соответственно фазосмещением опорного напряжения первого канала на 120 градусов и суммирования опорных напряжений первого и второго каналов. Таким образом, в преобразователе этого типа из одного синусоидального сигнала формируется симметричная трехфазная система синусоидальных опорных напряжений. Система управления инвертором содержит задающий генератор, блок повышения частоты в 6 раз, формирователи отпирающих (основных) и запирающих (коммутирующих) импульсов. Недостаток устройства прототипа в том, что оно не обеспечивает регулирование фазы выходного напряжения и задание начальной фазы этого напряжения в процессе регулирования частоты и амплитуды и не позволяет реализовать трехкоординатное (объемное) управление по трем параметрам переменного тока (амплитуде, фазе, частоте), что ограничивает его функциональные возможности и область применения. Система управления инвертором не обеспечивает работу инвертора в зависимом режиме (режиме ведомого сетью), что также можно отнести к недостатку, ограничивающему область применения преобразователя. В основу изобретения поставлена задача обеспечения трехкоординатного регулирования напряжения переменного тока, что расширит область применения данного устройства. На основе этого устройства можно реализовать регулятор напряжения, фазы, тока. Поставленная задача обеспечивается в преобразователе фазы, содержащем выпрямитель с системой импульсно-фазового управления, фильтр и инвертор с системой управления, при этом выход выпрямителя через фильтр соединен со входом инвертора, а вход выпрямителя и выход инвертора соответственно соединены с входными и выходными зажимами, причем система импульсно-фазового управления выпрямителем синхронизирующим входом соединена с одной из фаз входных зажимов, а ее управляющий вход предназначен для подачи сигнала управления амплитудой напряжения нагрузки, а система управления инвертором включает в себя формирователи управляющих импульсов, которые через усилители мощности соединены с управляющим входом инвертора. Новым в данном устройстве является выполнение системы управления инвертором, в которую введены последовательно соединенные регулятор фазы, устройство импульсно-фазового управления и диодный сумматор, выход которого соединен с формирователями импульсов, а синхронизирующий вход устройства импульснофазового управления соединен с одной из фаз входных зажимов. При этом введенное в систему управления инвертором устройство импульсно-фазового управления через синхронизирующий вход, подключенный к входным сетевым зажимам, обес 2 28219 печивает работу автономного инвертора синфазно с сетью, а под воздействием регулятора фазы (введенного в устройство) обеспечивает опережение или отставание фазы выходного напряжения инвертора по отношению к напряжению сети. При суммировании в нагрузке напряжений сети и выхода инвертора, в котором обеспечивается регулировка фазы, получаем суммарное напряжение, равное напряжению сети, плюс напряжение выхода инвертора, умноженное на косинус угла сдвига между фазами этих напряжений. Таким образом, управляя фазой напряжения инвертора по заданному закону, что реализуется в регуляторе фазы, можно обеспечить требуемое напряжение и ток в нагрузке или требуемую фазу напряжения нагрузки. Предлагаемое устройство поясняется нижеследующим описанием и прилагаемым чертежом, где на фиг. 1 приведена структурная схема до уровня известных функциональных элементов. Преобразователь фазы со звеном постоянного тока (см. фиг. 1) содержит последовательно соединенные выпрямитель 1, фильтр 2, инвертор 3. Выпрямитель 1 имеет систему импульснофазового управления 4, которая может быть выполнена, например, на последовательно соединенных усилителе мощности 5, блоке раздельного управления 6 и фазосдвигающем устройстве 7, при этом усилитель мощности соединен с выпрямителем 1, синхронизирующий вход фазосдвигающего устройства 7 соединен с одной из фаз входных зажимов, а его управляющий вход предназначен для подачи сигнала управления амплитудой напряжения нагрузки. Система управления инвертором 8 включает в себя последовательно соединенные усилители мощности 9, формирователи импульсов 10, диодный сумматор 11, устройство импульсно-фазового управления 12 и регулятор фазы 13, при этом система управления инвертором 8 синхронизируется с напряжением на входных зажимах при применении устройства в стабилизаторах переменного напряжения и компенсаторах реактивной мощности. Принцип действия устройства (фиг. 1) состоит в преобразовании энергии переменного тока с нерегулируемыми параметрами в энергию пере менного тока с регулируемыми параметрами (амплитудой, фазой, частотой). При работе устройства на нагрузку, связанную с сетью, выходная частота поддерживается равной входной частоте (частоте сети), а при работе на автономную нагрузку - может регулироваться в заданных пределах. При этом одновременно с изменением, стабилизацией или регулированием частоты может производиться регулирование амплитуды и фазы выходного напряжения. Преобразование энергии производится в два этапа. На первом этапе посредством реверсивного выпрямителя 1 с системой управления 4 и фильтра 2 энергия переменного тока с нерегулируемыми параметрами преобразуется в энергию постоянного тока с регулируемым средним выпрямленным напряжением и током в функции сигнала управления амплитудой Uya. На втором этапе посредством инвертора 3 и его системы управления энергия постоянного тока с регулируемым напряжением преобразуется в энергию переменного тока с регулируемыми параметрами. При этом выходное напряжение регулируется по амплитуде в функции сигнала управления амплитудой Uya, по фазе в функции сигнала управления фазой Uyj и по частоте в функции сигнала управления частотой Uyf, либо только по амплитуде и фазе при частоте, равной частоте сети. На фиг. 2 приведена структурная схема преобразователя-прототипа, который содержит следующие элементы: 1, 2 - входные и выходные зажимы; 3 - реверсивный выпрямитель; 4 - фильтр; 5 - инвертор; 6 - выходные каскады системы управления реверсивным выпрямителем; 7 - выходные каскады отпирающих и запирающих импульсов инвертора; 8 - блок раздельного управления; 9 - формирователи отпирающих и запирающих импульсов инвертора; 11 - система импульсно-фазового управления; 13 - задающий генератор; 15 - умножитель частоты в 6 раз. 3 28219 Фиг. 1 Фиг. 2 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 34 прим. Зам._______ __________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 __________________________________________________________ 4