RU2124801C1 - Frequency converter - Google Patents

Frequency converter Download PDF

Info

Publication number
RU2124801C1
RU2124801C1 RU96122615/09A RU96122615A RU2124801C1 RU 2124801 C1 RU2124801 C1 RU 2124801C1 RU 96122615/09 A RU96122615/09 A RU 96122615/09A RU 96122615 A RU96122615 A RU 96122615A RU 2124801 C1 RU2124801 C1 RU 2124801C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
converter
bridge
transformer
current
transistor
Prior art date
Application number
RU96122615/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU96122615A (en
Inventor
А.А. Афанасьев
В.Г. Еськов
В.Д. Шугаев
Original Assignee
Акционерное общество "АвтоВАЗ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "АвтоВАЗ" filed Critical Акционерное общество "АвтоВАЗ"
Priority to RU96122615/09A priority Critical patent/RU2124801C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2124801C1 publication Critical patent/RU2124801C1/en
Publication of RU96122615A publication Critical patent/RU96122615A/en

Links

Landscapes

  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

FIELD: conversion equipment, A C electric motor drives, sources of secondary electric power supply. SUBSTANCE: given frequency converter has intermediate D.C. element and power unit presenting bridge circuit built up on transistor keys. There is inserted protection of these keys against failure with emergence of through current in arm of bridge and during transition processes initiated by cut-off of converter. First one of these protections is realized by insertion of limiting resistor shunted by diode in series with capacitor of supply filter and second one - by feed of permission signal of converter from secondary winding of network transformer. Radiator with transistor keys is used as vertical wall of frame of converter. EFFECT: improved thermal characteristics, decreased mass and dimensions of converter. 1 dwg

Description

Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для использования в электроприводах переменного тока и источниках вторичного электропитания. The invention relates to a conversion technique and is intended for use in AC electric drives and secondary power sources.

В известных преобразователях /патент Япон. N 4-49348, H 02 M 7/48, "Способ и устройство защиты шим-инвертора от токовой перегрузки", патент США N5175676, H 02 M 7/122, "Усовершенствованная защита от короткого замыкания для преобразователей постоянного тока в переменный"/ для защиты силовых ключей от токовой перегрузки и коротких замыканий используется датчик тока и пороговые устройства, которые либо выключают преобразователь, либо переводят его в режим ограничения тока. Однако в транзисторных силовых ключах в мостовых схемах в связи с высокой скоростью нарастания тока датчики тока и пороговые устройства не обеспечивают защиту от выхода из строя транзисторов одного плеча, если они по каким-либо причинам окажутся одновременно открытыми. Установка в плечи моста ограничивающих резисторов и дросселей снижает КПД и увеличивает габариты. In famous converters / patent Japan. N 4-49348, H 02 M 7/48, "Method and device for protecting the PWM inverter against current overload", US patent N5175676, H 02 M 7/122, "Advanced short circuit protection for DC / AC converters" / To protect power keys from current overload and short circuits, a current sensor and threshold devices are used that either turn off the converter or put it into current limiting mode. However, in transistor power switches in bridge circuits, due to the high slew rate, current sensors and threshold devices do not provide protection against failure of transistors on one arm, if for some reason they turn out to be open. The installation of limiting resistors and chokes in the shoulders of the bridge reduces the efficiency and increases the size.

При включении и выключении преобразователя переходные процессы, происходящие в реактивных элементах, могут вывести силовые ключи из строя. В известном устройстве /заявка N 92014590/07, H 02 M 3/335, Палагутин А.Н. "Однотактный автогенераторный преобразователь напряжения"/ представлена схема, которая задерживает наступление режима преобразования после включения устройства до окончания переходных процессов в питающей цепи. Однако это не исключает выход из строя силовых ключей при включении преобразователя. When the converter is turned on and off, transients occurring in the reactive elements can disable power switches. In the known device / application N 92014590/07, H 02 M 3/335, Palagutin A.N. "Single-cycle self-generating voltage converter" / a circuit is presented that delays the onset of the conversion mode after turning on the device until the end of transients in the supply circuit. However, this does not exclude the failure of power switches when the converter is turned on.

В известном устройстве /патент N 2042256, H 02 M 7/00, H 01 L 25/03, Рябовский С. В., Екимов В.В., Трохалин В.П. "Выпрямительный блок"/ предложена конструкция силового блока с улучшенными тепловыми характеристиками за счет крепления радиаторов с силовыми элементами через электроизолирующие теплопроводные прокладки к вертикальным стенкам корпуса. Однако стенки корпуса имеют малую удельную площадь теплоотвода и это приводит к необходимости увеличивать габаритные размеры устройства. In the known device / patent N 2042256, H 02 M 7/00, H 01 L 25/03, Ryabovsky S.V., Ekimov V.V., Trokhalin V.P. "Rectifier unit" / design of a power unit with improved thermal characteristics is proposed by attaching radiators with power elements through electrically insulating heat-conducting gaskets to the vertical walls of the housing. However, the housing walls have a small specific heat sink area and this leads to the need to increase the overall dimensions of the device.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является преобразователь выпрямленного напряжения сети, который содержит сетевой выпрямитель, RC-фильтр, конденсатор которого подключен к входу полумостового транзисторного инвертора, и блок управления, питаемый от отдельного выпрямителя /а.с. N 951600, H 02 M 5/458, H 02 M 7/537 Гальс Б.К., Узберг Н.П., Булык В.М. "Преобразователь выпрямленного напряжения сети"/. The closest in technical essence to the proposed device is a rectified network voltage converter, which contains a network rectifier, an RC filter, the capacitor of which is connected to the input of a half-bridge transistor inverter, and a control unit powered by a separate rectifier / a.s. N 951600, H 02 M 5/458, H 02 M 7/537 Gals B.K., Uzberg N.P., Bulyk V.M. "Converter of rectified mains voltage".

В данном устройстве транзисторы полумостового инвертора открываются поочередно. Однако не исключена вероятность одновременного нахождения в открытом состоянии обоих транзисторов в результате воздействия помехи или при переходных процессах при выключении инвертора, так как в этом случае устройство работает в ненормальном режиме. При нахождении обоих транзисторов полумоста в открытом состоянии ток разряда конденсатора фильтра выводит их из строя. In this device, the half-bridge inverter transistors open alternately. However, it is possible that both transistors are simultaneously in the open state as a result of interference or during transients when the inverter is turned off, since in this case the device operates in an abnormal mode. When both half-bridge transistors are in the open state, the discharge current of the filter capacitor disables them.

Заявляемое техническое решение направлено на повышение надежности преобразователя и снижение его габаритов. The claimed technical solution is aimed at improving the reliability of the Converter and reducing its size.

Для этого в преобразователе частоты, содержащем сетевой выпрямитель, состоящий из последовательно соединенных трансформатора и диодного моста, П-образный CLC-фильтр, трехфазный инвертор, состоящий из транзисторных ключей включенных по мостовой схеме с обратными диодами, датчики, нагрузку и блок управления и защиты, входы и выходы которого подключены к трехфазному инвертору, последовательно с вторым конденсатором CLC-фильтра включен резистор, зашунтированный диодом, переходящим при разряде конденсатора CLC-фильтра в непроводящее состояние, к части вторичной обмотки трансформатора сетевого выпрямителя подключено пороговое устройство, выход которого подключен к входу разрешения включения преобразования в блоке управления и защиты, а транзисторные ключи инвертора расположены на одной из вертикальных стенок корпуса преобразователя и электроизолированы от нее. To do this, in a frequency converter containing a network rectifier consisting of a series-connected transformer and a diode bridge, a U-shaped CLC filter, a three-phase inverter consisting of transistor switches connected in a bridge circuit with reverse diodes, sensors, a load and a control and protection unit, the inputs and outputs of which are connected to a three-phase inverter, a resistor shunted by a diode is switched on in series with the second capacitor of the CLC filter, and when the capacitor of the CLC filter is discharged, it becomes non-conductive , a threshold device is connected to the secondary winding part of the transformer of the network rectifier, the output of which is connected to the enable enable switch in the control and protection unit, and the inverter transistor switches are located on one of the vertical walls of the converter housing and are insulated from it.

На чертеже представлен предлагаемый преобразователь частоты. Он состоит из трансформатора 1, первичная обмотка которого подключена к питающей сети. К вторичной обмотке 2 подключен выпрямитель 3, нагруженный на П-образный CLC-фильтр 4, состоящий из первого конденсатора 5, дросселя 6 и второго конденсатора 7. Последовательно с конденсатором 7 включен резистор 8, зашунтированный диодом 9. Полярность диода 9 такова, что при разряде конденсатора 7 он запирается. The drawing shows the proposed frequency converter. It consists of a transformer 1, the primary winding of which is connected to the mains. A rectifier 3 connected to the U-shaped CLC filter 4, consisting of the first capacitor 5, inductor 6 and second capacitor 7, is connected to the secondary winding 2. Resistor 8 shunted by diode 9 is connected in series with capacitor 7. The polarity of diode 9 is such that discharge of the capacitor 7, it is locked.

К выходу фильтра 4 подключен инвертор 10, состоящий из транзисторных силовых ключей, включенных по мостовой схеме. Инвертор содержит также обратные диоды, датчики тока нагрузки и тока потребления /на чертеже не показаны/. An inverter 10 is connected to the output of the filter 4, consisting of transistor power switches connected in a bridge circuit. The inverter also contains reverse diodes, sensors of the load current and current consumption / not shown /.

Управление транзисторными силовыми ключами, обеспечение заданных частот, обработку сигналов датчиков осуществляет блок управления и защиты 11, выходы и входы которого связаны с инвертором 10. The transistor power switches are controlled, the set frequencies are provided, the sensor signals are processed by the control and protection unit 11, the outputs and inputs of which are connected to the inverter 10.

К части вторичной обмотки 2 подключено пороговое устройство 12, выход которого подключен к входу разрешения преобразования блока 11. A threshold device 12 is connected to part of the secondary winding 2, the output of which is connected to the conversion enable input of block 11.

Нагрузкой 13 инвертора 10 может быть, например, асинхронный двигатель или выпрямитель. The load 13 of the inverter 10 may be, for example, an induction motor or a rectifier.

Транзисторные ключи установлены на радиатор и электроизолированы от него. Радиатор используется как одна из вертикальных стенок корпуса. Transistor switches are mounted on the radiator and insulated from it. The radiator is used as one of the vertical walls of the housing.

В процессе работы преобразователя транзисторы в каждом плече моста инвертора 10 открываются поочередно. При этом блок управления 11 обеспечивает открывание одного из транзисторов только тогда, когда второй транзистор закрыт. Однако имеется вероятность того, что при сбое блока управления оба транзистора могут быть на некоторое время одновременно открыты и конденсатор 7 оказывается замкнутым накоротко. В этом случае происходит быстрое нарастание тока в плече. Имеющаяся в блоке управления 11 схема защиты от короткого замыкания имеет некоторую задержку срабатывания и поэтому велика вероятность того, что транзисторы инвертора 10 успеют выйти из строя. Резистор 8 ограничивает ток разряда конденсатора 7 до величины, не вызывающей выхода из строя транзисторов на то время пока не сработает схема защиты от короткого замыкания. Так как время срабатывания защиты обычно составляет единицы и доли микросекунд, то допустимый ток транзистора инвертора 10 оказывается существенно выше номинального и величина резистора 8 такова, что при нормальной работе преобразователя он не влияет на его параметры и потери мощности на нем незначительны. Диод 9 необходим для исключения импульсов перенапряжения, возникающих, например, при быстром снижении скорости двигателя, являющегося нагрузкой преобразователя. In the process of operation of the converter, transistors in each arm of the bridge of the inverter 10 open alternately. Moreover, the control unit 11 provides the opening of one of the transistors only when the second transistor is closed. However, there is a possibility that if the control unit fails, both transistors can be simultaneously open for a while and the capacitor 7 is short-circuited. In this case, there is a rapid increase in current in the shoulder. The short circuit protection circuit available in the control unit 11 has a certain delay in operation, and therefore the likelihood that the transistors of the inverter 10 will fail. The resistor 8 limits the discharge current of the capacitor 7 to a value that does not cause failure of the transistors until the short circuit protection circuit operates. Since the protection response time is usually units and fractions of microseconds, the permissible current of the inverter transistor 10 is significantly higher than the nominal one and the value of resistor 8 is such that during normal operation of the converter it does not affect its parameters and the power losses on it are negligible. Diode 9 is necessary to eliminate overvoltage impulses that occur, for example, when the motor speed, which is the load of the converter, decreases rapidly.

При выключении преобразователя транзисторы инвертора 10 необходимо закрыть раньше, чем напряжение питания уменьшится до величины, при которой происходит сбой управления и защиты. Включение порогового устройства 12 между частью вторичной обмотки трансформатора 1 и входом разрешения преобразований блока 11 позволяет получить минимальное время от момента выключения преобразователя до момента запирания транзисторов. When the converter is turned off, the transistors of the inverter 10 must be closed before the supply voltage decreases to the value at which the control and protection fail. The inclusion of the threshold device 12 between the part of the secondary winding of the transformer 1 and the enable input of the transformations of the block 11 allows you to get the minimum time from the moment the converter is turned off until the transistors are locked.

В отличие от диодов и тиристоров устанавливать транзисторы в мостовой схеме на отдельные радиаторы группами не эффективно. Кроме того, оба транзистора одного плеча желательно располагать на минимально допустимом расстоянии. В настоящее время все большее распространение получают транзисторные модули с электроизолированным корпусом. Поэтому все ключевые транзисторы закреплены на одном радиаторе. Этот радиатор является вертикальной стенкой корпуса. Тем самым обеспечиваются оптимальный теплоотвод и минимальные масса и габариты преобразователя. Unlike diodes and thyristors, installing transistors in a bridge circuit on separate radiators in groups is not effective. In addition, it is desirable to arrange both transistors of one arm at the minimum allowable distance. Currently, transistor modules with an electrically insulated housing are becoming more widespread. Therefore, all key transistors are mounted on one radiator. This radiator is a vertical wall of the housing. This ensures optimal heat dissipation and minimum weight and dimensions of the converter.

Claims (1)

Преобразователь частоты, содержащий сетевой выпрямитель, состоящий из трансформатора и диодного моста, при этом первичная обмотка трансформатора подключена к сети, а вторичная обмотка через диодный мост, П-образный CLC-фильтр и трехфазный инвертор, состоящий из транзисторных ключей, включенных по мостовой схеме с обратными диодами, и датчиков тока нагрузки и тока потребления, соединена с нагрузкой, а также блок управления и защиты, отличающийся тем, что последовательно с вторым конденсатором CLC-фильтра включен резистор, зашунтированный диодом, переходящим при разряде второго конденсатора CLC-фильтра в непроводящее состояние, а к частям вторичной обмотки трансформатора сетевого выпрямителя подключено пороговое устройство, выход которого подключен к входу разрешения включения преобразования блока управления и защиты, который обеспечивает управление транзисторными ключами и обработку сигналов датчиков тока нагрузки и тока потребления. A frequency converter containing a network rectifier, consisting of a transformer and a diode bridge, while the primary winding of the transformer is connected to the network, and the secondary winding through a diode bridge, a U-shaped CLC filter and a three-phase inverter consisting of transistor switches connected in a bridge circuit with reverse diodes, and sensors of the load current and current consumption, is connected to the load, as well as a control and protection unit, characterized in that a resistor shunted across the second CLC filter capacitor is connected a threshold device is connected to the parts of the secondary winding of the transformer of the network rectifier, the output of which is connected to the enable input of the conversion of the control and protection unit, which controls transistor switches and processes the signals of the load current sensors and current consumption.
RU96122615/09A 1996-11-28 1996-11-28 Frequency converter RU2124801C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96122615/09A RU2124801C1 (en) 1996-11-28 1996-11-28 Frequency converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96122615/09A RU2124801C1 (en) 1996-11-28 1996-11-28 Frequency converter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2124801C1 true RU2124801C1 (en) 1999-01-10
RU96122615A RU96122615A (en) 1999-01-27

Family

ID=20187627

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96122615/09A RU2124801C1 (en) 1996-11-28 1996-11-28 Frequency converter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2124801C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2447561C1 (en) * 2011-03-30 2012-04-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Valve electric drive with casualty control
RU2470438C1 (en) * 2011-10-28 2012-12-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова" Frequency converter
RU2631494C1 (en) * 2016-07-12 2017-09-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет") Universal module of frequency integration developing transducer for sensors of physical value sensors

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2447561C1 (en) * 2011-03-30 2012-04-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Valve electric drive with casualty control
RU2470438C1 (en) * 2011-10-28 2012-12-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова" Frequency converter
RU2631494C1 (en) * 2016-07-12 2017-09-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет") Universal module of frequency integration developing transducer for sensors of physical value sensors

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4706177A (en) DC-AC inverter with overload driving capability
CN111095773B (en) Soft starter AC-AC converter with integrated solid state circuit breaker and method of operating the same
US6744644B2 (en) Soft-start of DC link capacitors for power electronics and drive systems
US10090776B2 (en) Method to protect a power converter arrangement and power converter arrangement with a protective device
CA2671823C (en) Modular power converters usable alone or in a multiphase power converter
US9318969B2 (en) Frequency converter with DC link capacitor and method for pre-charging the DC link capacitor
US5617012A (en) Power converter protecting apparatus for electric power system
KR20100133293A (en) Inverter device
EP2320545B1 (en) Converter with voltage limiting component
US11381158B2 (en) Method for controlling a power converter in a fault condition state and protection of same
RU2124801C1 (en) Frequency converter
JP2006288161A (en) Power conversion equipment
WO2003103123A1 (en) A high impedance insertion system for blocking emi
Mauch Transistor inverters for medium power induction heating applications
TWI711262B (en) Inverter device and method for selectively outputting current according to output voltage value
CN113014079B (en) Frequency converter device and method for selectively outputting current according to output voltage value
CN212086070U (en) High-frequency pulse power supply and direct current power supply device
JP2005012913A (en) Power converter
Pengfei et al. Design of low voltage and high current drive circuit based on MOSFET and analysis of key problems
KR20180106622A (en) Apparatus for controlling active clamp
JPH0884479A (en) Safety unit for switching circuit
JP3183144B2 (en) Power supply for magnetron drive
FI82799B (en) Power regulator for lamp load connected to an AC network
JP2877453B2 (en) DC power supply circuit
RU2132588C1 (en) Direct voltage converter

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20051129