RU157187U1 - Преобразователь частоты для индукционного нагрева при сильно изменяющейся нагрузке - Google Patents

Abstract

Преобразователь частоты, содержащий трехфазный мостовой выпрямитель, подключенный к входным выводам инвертора тока через первый и второй дроссели, однофазный тиристорный инвертор тока, первый коммутирующий конденсатор, подключенный одним концом к первому выходу однофазного тиристорного инвертора тока, а другим - к первому выводу индуктора и второго коммутирующего конденсатора, подключенного одним концом к первому выводу индуктора, а другим - ко второму выходу однофазного тиристорного инвертора тока, отличающийся тем, что он снабжен компенсирующим конденсатором, первым плечом из двух последовательно соединенных тиристоров, включенных параллельно однофазному тиристорному инвертору тока, вторым плечом из двух последовательно соединенных тиристоров, включенных параллельно однофазному тиристорному инвертору тока, третьим коммутирующим конденсатором, причем компенсирующий конденсатор включен между вторым выводом индуктора и вторым выходом однофазного тиристорного инвертора тока, при этом средний вывод первого плеча соединен со вторым выводом индуктора, средний вывод второго плеча подсоединен ко второму выводу третьего компенсирующего конденсатора, первый вывод которого подключен ко второму выходу однофазного тиристорного инвертора тока.

Description

Полезная модель относится к индукционному нагреву и может быть использована в качестве источника питания для индукционного нагрева и плавки металлов и сплавов.

Известен инвертор тока, содержащий подключенный к входным выводам инвертора тока через первый и второй дроссели фильтра однофазный мост на тиристорах, первый коммутирующий конденсатор, подключенный к точке соединения индуктора и второго коммутирующего конденсатора P. 4589059 USA, I.C. H02M 5/458. Method of starting а current-fed inverter with self-excitation / M. Tanino // O.B. - 1986. - N5.

Этот инвертор и рассматривается в качестве прототипа. Недостатком прототипа является высокая чувствительность инвертора тока к изменению параметров нагрузки, необходимость использования регулятора постоянного напряжения на входе инвертора тока, высоких перенапряжений на элементах схемы инвертора тока в широком диапазоне частотного регулирования.

Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, состоит в повышении коэффициента мощности преобразовательной установки. Технический результат - гибкая подстройка инвертора под сильно изменяющуюся нагрузку, возможность сохранения рабочей частоты без существенного увеличения потерь в инверторе.

Технический результат, обеспечивающий решение поставленной технической задачи, достигается тем, что известный преобразователь частоты, содержащий трехфазный мостовой выпрямитель, подключенный к входным выводам инвертора тока через первый и второй дроссели, однофазный тиристорный инвертор тока, первый коммутирующий конденсатор, подключенный одним концом к первому выходу однофазного тиристорного инвертор тока, а другим - к первому выводу индуктора и второго коммутирующего конденсатора, подключенного одним концом к первому выводу индуктора, а другим - ко второму выходу однофазного тиристорного инвертора тока, согласно полезной модели, снабжен компенсирующим конденсатором, первым плечом из двух последовательно соединенных тиристоров, включенных параллельно однофазному тиристорному инвертору тока, вторым плечом из двух последовательно соединенных тиристоров, включенных параллельно однофазному тиристорному инвертору тока, третьим коммутирующим конденсатором, причем компенсирующий конденсатор включен между вторым выводом индуктора и вторым выходом однофазного тиристорного инвертора тока, при этом средний вывод первого плеча соединен со вторым выводом индуктора, средний вывод второго плеча подсоединен ко второму выводу третьего компенсирующего конденсатора, первый вывод которого подключен ко второму выходу однофазного тиристорного инвертора тока.

По сравнению с прототипом увеличивается устойчивость инвертора к изменяющейся нагрузке.

На фиг. 1 приведена схема преобразователя частоты. На фиг. 2 приведены временные диаграммы работы схемы при работе индуктора без компенсирующего конденсатора. На фиг. 3 приведены временные диаграммы при работе индуктора с компенсирующим конденсатором.

Преобразователь частоты содержит: неуправляемый трехфазный мостовой выпрямитель, состоящий из диодов 1-6, подключенный к входным выводам инвертора тока через первый и второй дроссели фильтра 7, 8, однофазный тиристорный инвертор тока на четырех тиристорах 9, 10, 11, 12, первый коммутирующий конденсатор 13, подключенный одним концом к первому выходу однофазного тиристорного инвертора тока, а другим - к первому выводу индуктора 14 и второго коммутирующего конденсатора 15, подключенного одним концом к первому выводу индуктора 14, а другим - ко второму выходу однофазного тиристорного инвертора тока, индуктор 14 своим вторым концом подключается ко второму выходу однофазного тиристорного инвертора тока через компенсирующий конденсатор 16, первое плечо из двух последовательно соединенных тиристоров 17, 18, включенных параллельно однофазному тиристорному инвертору тока, средняя точка которых подключается ко второму выводу индуктора 14, второе плечо из двух последовательно соединенных тиристоров 19, 20, включенных параллельно однофазному тиристорному инвертору тока, средняя точка которых подключается через третий коммутирующий конденсатор 21 ко второму выходу однофазного тиристорного инвертора тока.

Преобразователь частоты работает следующим образом.

Неуправляемый трехфазный мостовой выпрямитель на диодах 1-6 преобразует входное трехфазное переменное напряжение в постоянное напряжение на выходе выпрямительного моста и пульсации частотой, в шесть раз превосходящую частоту входного трехфазного напряжения. Тиристоры диагоналей моста инвертора 9, 10 и 17, 18 включаются поочередно с частотой, равной частоте выходного напряжения инвертора тока, определяемой собственной частотой параллельного колебательного контура, образованного индуктором 14 и конденсаторами 15, 16. Причем включение очередной пары тиристоров 9, 10 или 17, 18 происходит с опережением момента перехода мгновенного значения напряжения на последовательно соединенных конденсаторах 15, 16 параллельного колебательного контура через нулевое значение. Указанный контур обладает высокой добротностью 3-10, в результате чего напряжение на индукторе 14 и конденсаторах 15, 16 имеет форму, близкую к синусоидальной. Индуктивность дросселей фильтра 7, 8 имеет большую величину и выбирается из условия обеспечения сглаживания пульсаций входного тока. Входной ток тиристорного инвертора тока сглажен, а ток, протекающий через тиристоры 9, 10 и 17, 18, имеет форму, близкую к прямоугольной. Полный период выходного напряжения состоит из двух интервалов полупериодов, соответствующих различным сочетаниям включенного и выключенного состояний тиристоров однофазного моста 9, 10 и 17, 18. Электромагнитные процессы в каждом из полупериодов протекают аналогично. При отпирании тиристоров 9, 18 осуществляется перезаряд второго коммутирующего конденсатора 15 и коммутирующего конденсатора 16 по цепи 7-9-13-15-16-12-8. От входного трехфазного выпрямителя происходит непрерывный перезаряд конденсаторов 15 и 16 через коммутирующий конденсатор 13 по цепям 7-9-13-15-16-18-8 и 7-17-16-15-13-10-8. К индуктору 14 прикладывается напряжение условно положительной полярности. В момент включения тиристоров 17, 10 напряжение на коммутирующем конденсаторе 15 и компенсирующем 16 условно положительное “+” на левой обкладке на фиг. 1.

В момент включения тиристоров 9, 18 конденсаторы 16, 15 также начинают переразряжаться по цепям 7-9-13-14-18-8, 7-9-13-15-16-12-8. Ток тиристоров 10, 17 спадает от максимального значения до нулевого, а ток тиристоров 9, 18 нарастает от нулевого значения до максимального. Таким образом, осуществляется коммутация тиристоров 9, 10 и 17, 18. Первый коммутирующий конденсатор 13 в диагонали моста позволяет сохранять угол запирания тиристоров однофазного тиристорного инвертора тока в допустимых пределах в рабочем диапазоне изменения активного сопротивления нагрузки индуктора 14, обеспечивая надежность инвертирования.

На начальном этапе нагрева при относительно большом активном сопротивлении нагрузки индуктора тиристорный инвертор тока работает так, как было описано выше. При уменьшении активного сопротивления нагрузки в 1.5 раза активная мощность в загрузке падает, а из работы тиристорного инвертора тока исключается первое плечо из тиристоров 17 и 18, теперь коммутируют тиристоры 11, 12, включая компенсирующий конденсатор 16 последовательно с индуктором 14, таким образом, увеличивая коэффициент мощности индуктора с загрузкой со стороны инвертора. Напряжение индуктора 14 становится больше выходного напряжения однофазного тиристорного инвертора тока, увеличивая активную мощность в загрузке.

При уменьшении активного сопротивления нагрузки в 2-3 раза активная мощность в загрузке падает, а в работе инвертора участвуют: первое плечо из тиристоров 17 и 18, второе плечо из тиристоров 19 и 20, таким образом, компенсирующий конденсатор 16 включается параллельно индуктору 14, а второй коммутирующий конденсатор 15 - последовательно индуктору 14. Емкость компенсирующего конденсатора 16 в 2 раза больше емкости второго коммутирующего конденсатора 15, из-за чего увеличивается ток индуктора 14, увеличивая активную мощность в загрузке.

Таким образом, благодаря возможности перестройки схемы преобразователя частоты обеспечена возможность сохранения рабочей частоты без существенного увеличения потерь в инверторе, повышение коэффициента мощности преобразовательной установки.

Claims (1)

1. Преобразователь частоты, содержащий трехфазный мостовой выпрямитель, подключенный к входным выводам инвертора тока через первый и второй дроссели, однофазный тиристорный инвертор тока, первый коммутирующий конденсатор, подключенный одним концом к первому выходу однофазного тиристорного инвертора тока, а другим - к первому выводу индуктора и второго коммутирующего конденсатора, подключенного одним концом к первому выводу индуктора, а другим - ко второму выходу однофазного тиристорного инвертора тока, отличающийся тем, что он снабжен компенсирующим конденсатором, первым плечом из двух последовательно соединенных тиристоров, включенных параллельно однофазному тиристорному инвертору тока, вторым плечом из двух последовательно соединенных тиристоров, включенных параллельно однофазному тиристорному инвертору тока, третьим коммутирующим конденсатором, причем компенсирующий конденсатор включен между вторым выводом индуктора и вторым выходом однофазного тиристорного инвертора тока, при этом средний вывод первого плеча соединен со вторым выводом индуктора, средний вывод второго плеча подсоединен ко второму выводу третьего компенсирующего конденсатора, первый вывод которого подключен ко второму выходу однофазного тиристорного инвертора тока.

   

Images