Спосіб перетворення частоти

Способ преобразования частоты, заключающийся в том, что формируют две m-фазные системы входных напряжений с одинаковыми амплитудами Um, из которых путем перехода с одной фазы входного напряжения на последующую формируют соответственно выходные напряжения иВ1 И UB2 и суммируют их, отличающийся тем, что m-фазные системы входных напряжений ll-i, и L)2j формируют с разными частотами шл и Шг Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразователям частоты с непосредственной связью Известен способ преобразования частоты, при котором выходное напряжение формируют как совместную составную кривую выходного напряжения, то есть в виде суммы двух составляющих выходного напряжения из отрезков синусоид одной m-фазной системы выходных напряжений, сформированных на всем их протяжении из кривых положительного и отрицательного типов [1] Недостатком такого способа является низкое качество формы выходного напряжения, обусловленное наличием дискретных изменений мгновенных значений выходного напряжения Наиболее близким по технической сущности является способ преобразования частоты, заключающийся в том, что выходное напряжение низкой частоты формируют в виде суммы двух поочередных составных кривых выходного напряжения, формируемых соответственно из отрезков синусоид двух m-фазных систем входных напряжений одной и той же частоты сдвинутых на фазовый угол 2тг/т и одинаковыми амплитудами [2] Недостатком такого способа является низкое качество формы выходного напряжения, обусловленное наличием дискретных изменений мгновенных значений выходного напряжения rflej=1,2,3, , m-номер фазы, при этом дополнительно формируют т-фазное напряжение частоты Шз причем tt3 = (°>1 + Ш2 )/2 р с = (ев! - ю 2 )/2 о а переход с j-ой на 0+1)-ую фазу входных напряжений осуществляют при равенстве мгновенных напряжений полуволн следующих друг за другом в порядке чередования j-й и 0 + 1 )-й Ф а з т-фазной системы напряжений полусуммарной частоты Задачей изобретения является улучшение формы выходного напряжения за счет исключения дискретных изменений мгновенных значений выходного напряжения Эта задача решается тем, что в способе преобразования частоты, включающем формирование двух m-фазных систем входных напряжений с одинаковыми амплитудами Um, из которых путем перехода с одной фазы входного напряжения на последующую формируют соответственно выходные напряжения UBI И Ua2 И суммируют их, т фазные системы входных напряжений Uu и U2J формируют с разными частотами ші и ш 2 U 2 J =U где J=1,2,3, ,m -номер фазы, при этом дополнительно формируют фазное напряжение частоты шз Причем Ш3=(Ші+Ш2)/2, Ш=(ШіЧ02), т а переход с J-ой на (J+1 )-ую фазу входных напряжений осуществляют при равенстве мгновенных напряжений полуволн следующих друг за другом в порядке чередования J-й и (J+IJ-й фаз плфазной системы напряжений полусуммарной частоты Заявляемая совокупность существенных при О СМ см 22065 знаков позволяет (см. временные диаграммы, представленные на фиг.З) формировать выходные напряжения UBI И UB2 соответственно из первой и второй m-фазных систем путем перехода с одной фазы входного напряжения на последующую одновременно в момент пересечения положительных полуволн, следующих друг за другом в порядке чередования фаз тя-фазной системы напряжений полусуммарной частоты u)=(wi+iU2)/2. Благодаря тому, что в заявляемом способе формируют две m-фазиые системы входных напряжений с разными частотами ц)і и шг и одинаковыми амплитудами и осуществляют переход с Jой на (J+1)-yra фазу входных напряжений при равенстве мгновенных напряжений положительных полуволн следующих друг за другом в порядке чередования J-ой и (J+IJ-ой фаз т-фазной системы напряжений полусуммарной частоты, осуществляется формирование выходных напряжений UBI И UB2 С ВХОДНЫХ систем на последующую фазу, при этом скачки (в UBI И ІІвг) равны по величине и противоположны по знаку, что и позволяет в результате суммирования UBI И UB2 получать результирующее выходное напряжение UB без скачков, то есть улучшить форму выходного напряжения Сущность способа поясняется чертежами, где: на фиг.1 представпена функциональная схема устройства, реализующего заявляемый способ; на фиг.2 представлена схема блока управления; на фиг 3 представлены временные диаграммы работы устройства при формировании одной фазы выходного напряжения, где 3,а и 3,6 т-фазные системы выходных напряжений с частотами ші и Ш2 Заявляемый способ преобразования частоты включает следующую последовательность операций: - формируют две m-фазные системы входных напряжений Uu и U2J с разными частотами ші и Ш2 одинаковыми амплитудами Um. - формируют m-фазное напряжение Uj полусуммарной частоты Шз=(Ші+ш2)/2; - из m-фазных систем входных напряжений Uu и U2J формируют соответственно выходные напряжения UBI И UB2 путем перехода с J-ой на {J+1)-yto фазу входных напряжений при равенстве мгновенных напряжений полуволн следующих друг за другом в порядке чередования J-ой и (J+1)-OH фаз rn-фазной системы напряжений полу суммарной частоты, - суммируют выходные напряжения Uei и Ug2, в результате чего получают результирующее выходное напряжение низкой частоты. Устройство, реализующее заявляаемый способ ( фиг 1) содержит приводной двигатель 1, датчик частоты вращения ротора 2, электрические машины 3 и 4, источник возбуждения электрических машин 5, тиристорные катодные 6,7,8,9,10,11 и анодные 12,13,14,15,16,17 группы, блок управления 18 и сумматор 19 Обмотки электрических машин 3 и 4 соединены между собой последовательно яли параллельно с обратным порядком чередования фаз и подключены к источнику воз буждения низкой частоты 5 Статорные обмотки электрической машины 3 подключены к выходам тиристорних групп 6,7,8,12,13,14, статорные обмотки электрической машины 4 подключены к входам тиристорных групп 9,10,11,15,16,17. Выход трехфазного датчика частоты вращения 2 подключен ко входу блока управления 13, к выходам которого подключены управляющие электроды тиристорних групп 6-17 Входы тиристорных групп 6 и 12 подключены к первому входу первой фазы сумматора 19, ко второму входу которой подключены выходы групп 9 и 15. Аналогичным образом к первым входам второй и третьей фаз сумматора подключены соответственно выходы тиристорных групп 7,13 и 8,14, а ко вторым входам второй и третьей фаз сумматора подключены соответственно выходы 10,16 и 11,17 тиристорних групп. Блок управления 18 (фиг 2} состоит из трех одинаковых секций по числу фаз выходного напряжения, каждая из которых содержит трансформатор 20 с трехфазной первичной и вторичной обмоткой трехфазный выпрямитель, выполненный по нулевой схеме и содержащий последовательно включенные диоды 21 и добавочные резисторы 22, балластный резистор 23, блок контроля тока 24, три компаратора 25, шесть формирователей импульсов 26. Первичная обмотка трансформатора 20 подключена к выходу трехфазного датчика частоты вращения 2 (трехфазного синхронного тахогенератора). Трехфазная вторичная обмотка трансформатора 20 подсоединена к трехфазному выпрямителю 21, который через три добавочных резистора 22 подключен к первому выводу балластного резистора 23. Второй вывод резистора 23 подсоединен к нулевой точке вторичной обмотки трансформатора 20. Узлы соединения диодов 21 и добавочных резисторов 22 подсоединены к прямым входам трех компараторов 25. Инверсные входы компараторов 25 подключены к общей точке соединения добавочных резисторов 22 и балластного резистора 23. Выходы компараторов 25 подключены к первым входам шести формирователей импульсов 26.1 - 26.6 следующим образом: выход 25 1 - к входам 26.1 и 26.4, выход 25.2 - к входам 26.2 и 26.5, выход 25 3 - к входам 26 3 и 26.6. Блок контроля тока нагрузки 24 одной из фаз сумматора 19 содержит трансформатор тока, вторичная обмотка которого нагружена на шуктовой резистор и прямой и инверсный входы компаратора. Один из выходов блока контроля тока 24 (прямой выход компаратора) подключен ко вторым входам формирователей импульсов 26.1-26.3. Другой выход блока 24 (инверсный выход компаратора) подключен ко вторым входам формирователей импульсов 26 426.6 Выходы формирователей импульсов 26.126 3 подсоединены к управляющим электродам катодной 6 и анодной 15 групп тиристоров, выходы формирователей импульсов 26,4-26,6 подсоединены к управляющим электродам катодной 9 и анодной 12 групп тиристоров. Аналогичным образом выполнены каналы блока управления тиристорними группами, формирующими выходное напряжение двух других фаз сумматора (нагрузки) 19. 22065 Устройство работает следующим образом. Две группы m-фазных систем напряжений с частотами o)i и Ш2 и одинаковыми амплитудами (фиг.3,а,б) формируют при помощи электрических машин 3 и 4. Приводной двигатель I вращает роторы синхронного тахогенератора 2 и электрических машин 3,4 со скоростью шр. Обмотки возбуждения электрических машин 3, 4 подключены к источнику 5 напряжения возбуждения с частотой шв таким образом, что направления создаваемых ими магнитных полей будут противоположны (фиг.1). В этом случае в обмотках якоря электрической машины 3 будут наводиться ЭДС (фиг.З.а) с частотой WI=U)P+WB (первая m-фазная система входных напряжений )• е А 1 = E m 1 sin© 1 t e c 1 =E m 1 sin(o» 1 t + 120 В электрической машине 4 направление вращения ротора и поля обмотки возбуждения противоположны, поэтому в обмотках якоря 4 будут наводиться ЭДС с частотой U)2=U)P-Q)B (фиг.3,6 вторая m-фазная система входных напряжений): е А2 =E m 2 siri(o 2 t e B 2 =E m 2 sin(co 2 t-120°) e C 2 =E m 2 sin(a> 2 t + 120°) При шр>(л)в в амплитуды ЭДС будут одинаковы, то есть Ev1=Em2=Em Систему m-фазных напряжений полусуммарной частоты шЗ формируют на выходе трехфазных обмоток якоря синхронного тахогенератора 2, ротор которого вращается с частотой U)p=i0i+0J2=W3. Поэтому ЭДС на выходе тахогенератора 2 имеют вид (фиг.3,в): едз =E m 3 sin(o 3 t Последовательность управляющих импульсов (фиг.3,г) формируют блоком управления Г8 Трехфазное напряжение с выхода тахогенератора 2 поступает на первичную обмотку согласующего трансформатора 20 (фиг.2), на вторичной обмотке которого также формируется трехфазное синусоидальное напряжение. Это напряжение выпрямляется выпрямителем, выполненным на диодах 21 по нулевой схеме. Ток в фазах выпрямителя имеет импульсную форму (см. Полупроводниковые выпрямители/ Беркович Б.И., Ковалев В.Н., Ковалев Ф.И. и др.; Под ред. Ф.И. Ковалева и Г.П. Мостковой.- 2-е изд., переработ. М.: Энергия, 1978. с.70-80). На добавочных резисторах 22, включенных последовательно с диодами 21, будут формироваться напряжения импульсной формы, пропорциональные токам, протекающим через диоды 21.. Каждый из управляющих импульсов формируют в интервале времени, соответствующем наибольшему значению напряжения полусуммарной частоты данной m-ой фазы, по сравнению с напряжениями других фаз, то есть им пульсы управления действуют в интервале между точками пересечения положительных полуволн напряжения данной фазы с последующей и предыдущей фазами путем сравнения напряжений фаз на вторичных обмотках трансформатора 20 при помощи выпрямителя 21 Действительно, каждый из вентилей 21 будет находиться в проводящем состоянии только в те промежутки времени, когда напряжение подключенной к вентилю фазы, например, UH2 на фиг.3,в будет наибольшим по сравнению с мгновенными значениями напряжений других фаз. Таким образом, вентиль рассматриваемой фазы будет проводить ток с момента времени, когда напряжение UH2 станет больше по сравнению с напряжением UHI И ДО момента времени, когда напряжение Ынг отаннт равным напряжению последующей фазы UH3- На входы компараторов 25 поступают импульсы напряжений с добавочных резисторов 22, гк.тючепчнх последовательно с диодами 21, пропорциональные токам Б вентилях. Компараторы 25 формируют на своих выходах импульсы вида фиг.З.г с крутыми фронтами, которые поступают на первые входы формирователей импульсов управления тиристорами 26. В блоке контроля тока 24 на шунтовом резисторе, включенном во вторичную цепь измерительного трансформатора тока формируется напряжение, пропорциональное току в фазе сумматора 19. Это напряжение полается на прямой и инверсный входы компаратора, на выходах которого действует сигнал импульсной формы: на прямом выходе -сигнал логической !, на инверсном - сигнал логического 0 при положительном направлении протекания тока (когда на прямой вход компаратора с шунтового резистора подается плюс, а на инверсный - минус). При изменении знака тока в рассматриваемой фазе сумматора 19 сигналы на выходе компаратора в блоке 24 изменяют свое логическое значение .на обратное. Сигнал логической 1, поступающий на вторые входи формирователей 28, является разрешающим для включения тиристоров в группе, а сигнал логического 0 соответствует запрету на включение. Тем самым достигается надежность работы устройства - одновременное включение тиристоров в парах катодных и анодных групп 6,12 и 9,15, которое привело бы к короткому замыканию фаз электрических машин 3 и 4, исключается. Включение тиристоров в группах 9,12 может быть осуществлено только после восстановления запирающих свойств всех тиристоров в группах 6 и 15. Формирователи 26 усиливают импульсы, поступающие с выходов компараторов 25, чтобы обеспечить надежное включение тиристоров, а также осуществляют -принудительную коммутацию последних. Такие формирователи широко применяются .на практике и достаточно освещены в литературе (см., например, Бизиков В.А., Обухов С.Г., Чаплыгин B.C. Управление непосредственными преобразователями частоты. - М -: Энергоатомиздат, 1986.- 128с). Описанная выше работа блока управления 18 рассмотрена для случая формирования выходного напряжения одной из фаз сумматора 19. Аналогичным образом функционируют 8 22065 каналы блока управления 18, осуществляющие управление тиристорными группами, которые вырабатывают напряжения, поступающие на остальные фазы сумматора. Таким образом, на выходах блока управления 18 формируется система импульсов, показанная на фиг.З,г. Отметим также, что расположение импульсов управления по отношению к двум системам яг-фазных входных напряжений фиг.3,а и фиг.3,6 может быть скорректировано путем изменения пространственного угла расположения ротора синхронного тахогенератора 2 по отношению к общему валу электрических машин 3 и 4. Формирование вспомогательных напряжений UBI И UB2 начинают с момента времени, когда одноименные фазы двух т-фазных входных напряжений с частотами будут иметь одинаковые по величине напряжения (например, Uii=U2i в момент to на фиг.З). Момент времени t должен соответствовать началу действия импульса на управляющие электроды тиристоров первой фазы катодной группы 6 и анодной группы 15. При несоблюдении этого условия настройку можно осуществлять путем изменения угла расположения ротора синхронного тахогенератора 2, а контроль настройки выполнять при помощи электроннолучевого осциллографа. В качестве простейшего устройства по выделению управляющих сигналов может быть также использована мостовая схема выпрямления на базе управляемых или неуправляемых вентилей, и момент перехода с J-ой на (J+IJ-ую фазу определяется по начальному моменту протекания токов в соответствующих вентилях. Формирование выходных напряжений UBI И UB2 фиг.3,д и фиг.3,е осуществляется соответственно на выходе тиристорных групп 6,12 и 9,15 при поступлении на управляющие электроды тиристоров этих групп импупьсов (фиг.З,г) из блока управления 18. Суммирование выходных напряжений UBI И UB2 происходит в сумматоре 19, на входах которого и действуют UBi и UB2- Ниже будет показано, что при суммировании UBI И UB2. В форме которых имеют место скачки, результирующее напряжение имеет вид непрерывной функции без точек разрыва (без скачков). Формирование выходных напряжений других фаз сумматора будет осуществляться таким же образом, как описано выше. Покажем отсутствие дискретных изменений мгновенного значения выходного напряжения. Напряжения J-ой фазы входных систем напряжения Разница между напряжениями двух следующих друг за другом фаз одной системы л (п , 5ІП 2п Л + u>it 1.2 m . fn -sin J m ж + GH\. U m ) . 2л . 2тг J+ — m m o2t--^. Учитывая, что m определяем время переключения по исходной переключающей функции m При to=O t l j 1 2 *J ——J оін m Дискретное изменение выходного напряжения ди,, + AU2J = 2Um sin— sinfcMj - — J | + sinL 2 tj - — J 1 = 1 m ( ? ~\ m] t, / \ = 4U m sin—sirt (o H tj — - J cos(«>atj) m ^ m j (O2 - полу разностная частота где (частота биений). Подставив значение tj, получаем і, її л [ д и ш = i U m sin—