RU2152682C1

RU2152682C1 - Frequency changer

Info

Publication number: RU2152682C1
Application number: RU99108540A
Authority: RU
Inventors: Е.М. Силкин
Original assignee: Акционерное общество открытого типа ЭЛСИ
Priority date: 1999-04-13
Filing date: 1999-04-13
Publication date: 2000-07-10

Abstract

FIELD: converter engineering; power supply for high-power ozonizer. SUBSTANCE: frequency changer has three- phase rectifier bridge built around six thyristors 2-7 and connected to output leads through transformer 1; diode 8; single-phase inverter bridge built around four thyristors 9-12 with switching capacitor 14 connected across two diagonally opposite ac terminals with its cathode group connected to negative output lead of three-phase rectifier bridge and anode group has center tap interconnecting secondary windings of transformer 1 through filter choke 13; second single-phase inverter bridge built around four thyristors 15-18 with second switching capacitor 20 connected across two diagonally opposite ac terminals its anode group being connected to positive output lead of three-phase rectifier bridge and cathode group, to center tap interconnecting secondary windings of transformer 1 through second filter choke 19; second transformer 2 whose first primary winding is connected in parallel with switching capacitor 14, second primary winding, in parallel with switching capacitor 20, and leads of secondary winding, to output leads of frequency changer; second diode 22 connected in series with diode 8; circuit of diodes 8 and 22 differentially shunts output leads of three-phase rectifier bridge; common point of diodes 8 and 22 is connected to center tap interconnecting secondary windings of transformer 1. EFFECT: improved operating reliability of frequency changer. 1 dwg

Description

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника питания для озонатора большой мощности. The invention relates to a conversion technique and can be used as a power source for a large power ozonizer.

Известен преобразователь частоты, содержащий трехфазный выпрямительный мост на тиристорах, подключенный к входным выводам преобразователя, диод, дроссель фильтра, однофазный инверторный мост на тиристорах с коммутирующим конденсатором в диагонали переменного тока, катодная группа которого соединена с отрицательным выходным выводом трехфазного выпрямительного моста, а анодная группа подключена к положительному выходному выводу трехфазного выпрямительного моста через дроссель фильтра, трансформатор, первичная обмотка которого подключена параллельно коммутирующему конденсатору, а выводы вторичной обмотки - к выходным выводам преобразователя, диод шунтирует встречно выходные выводы трехфазного выпрямительного моста (П. 2103793 Россия, МКИ H 02 M 5/45. Преобразователь частоты для питания озонатора /Е.М. Силкин// Б.И. - 1998. - N 3). A known frequency converter containing a three-phase rectifier bridge on thyristors connected to the input terminals of the converter, a diode, a filter inductor, a single-phase inverter bridge on thyristors with a switching capacitor in the diagonal of an alternating current, the cathode group of which is connected to the negative output terminal of a three-phase rectifier bridge, and the anode group connected to the positive output terminal of a three-phase rectifier bridge through a filter inductor, a transformer whose primary winding is under It is connected in parallel with the switching capacitor, and the leads of the secondary winding are connected to the output terminals of the converter, the diode shunts the output terminals of the three-phase rectifier bridge (P. 2103793 Russia, MKI H 02 M 5/45. Frequency converter for supplying the ozonizer / E.M. Silkin // B.I. - 1998. - N 3).

Недостатком преобразователя частоты является недостаточная надежность при работе на озонатор из-за высоких уровней напряжений и коммутационных потерь в тиристорах инверторного моста. The disadvantage of the frequency converter is the lack of reliability when working on an ozonizer due to high voltage levels and switching losses in the thyristors of the inverter bridge.

Известен преобразователь частоты, содержащий трехфазный выпрямительный мост на тиристорах, подключенный к входным выводам преобразователя, диод, дроссель фильтра, однофазный инверторный мост на тиристорах с последовательно соединенными коммутирующим дросселем и конденсатором в диагонали переменного тока, зашунтированный вторым встречным диодом, катодная группа которого соединена с отрицательным выходным выводом трехфазного выпрямительного моста, а анодная группа подключена к положительному выходному выводу трехфазного выпрямительного моста через дроссель фильтра, трансформатор, первичная обмотка которого подключена параллельно коммутирующему конденсатору, а выводы вторичной обмотки - к выходным выводам преобразователя, диод шунтирует встречно выходные выводы трехфазного выпрямительного моста (П. 2074496 Россия, МКИ H 02 M 5/45. Преобразователь частоты /Е.М. Силкин // Б.И. - 1997.- N 6). A known frequency converter containing a three-phase rectifier bridge on thyristors connected to the input terminals of the converter, a diode, a filter choke, a single-phase inverter bridge on thyristors with a commutating reactor and a capacitor in series with an alternating current diagonal, shunted by a second counter diode, the cathode group of which is connected to a negative the output terminal of a three-phase rectifier bridge, and the anode group is connected to the positive output terminal of a three-phase rectifier bridge through a filter inductor, a transformer whose primary winding is connected in parallel with a switching capacitor, and the secondary winding leads are connected to the output terminals of the converter, the diode shunts the output terminals of the three-phase rectifier bridge (P. 2074496 Russia, MKI H 02 M 5/45. Frequency converter / E.M. Silkin // B.I. - 1997.- N 6).

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является преобразователь частоты (П. 2020710 Россия, МКИ H 02 M 5/45. Преобразователь частоты со звеном постоянного тока /Е.М. Силкин и др. // Б.И. - 1994. - N 18). The closest in technical essence to the invention is a frequency converter (P. 2020710 Russia, MKI H 02 M 5/45. Frequency converter with a DC link / E. M. Silkin and others // B. I. - 1994. - N 18).

Прототип содержит трехфазный выпрямительный мост на тиристорах, подключенный к входным выводам преобразователя через трансформатор, диод, дроссель фильтра, однофазный инверторный мост на тиристорах с коммутирующим конденсатором в диагонали переменного тока, катодная группа которого соединена с отрицательным выходным выводом трехфазного выпрямительного моста, а анодная группа подключена к положительному выходному выводу трехфазного выпрямительного моста через дроссель фильтра, второй трансформатор, первичная обмотка которого подключена параллельно коммутирующему конденсатору, а выводы вторичной обмотки - к выходным выводам преобразователя, диод шунтирует встречно выходные выводы трехфазного выпрямительного моста. The prototype contains a three-phase rectifier bridge on thyristors connected to the input terminals of the converter through a transformer, diode, filter choke, a single-phase inverter bridge on thyristors with a switching capacitor in the diagonal of alternating current, the cathode group of which is connected to the negative output terminal of the three-phase rectifier bridge, and the anode group is connected to the positive output of the three-phase rectifier bridge through the filter choke, a second transformer, the primary winding of which lyuchena parallel to the switching capacitor and secondary winding connections - to the output terminals of the inverter, a diode shunts the output terminals of the counter-phase rectifier bridge.

Недостатком прототипа является недостаточная надежность при работе на озонатор из-за высоких уровней напряжений и коммутационных потерь в тиристорах однофазного инверторного моста. The disadvantage of the prototype is the lack of reliability when working on an ozonizer due to high voltage levels and switching losses in the thyristors of a single-phase inverter bridge.

Изобретение направлено на решение задачи повышения надежности работы преобразователя частоты в составе установки электросинтеза озона большой мощности, что является целью изобретения. The invention is aimed at solving the problem of increasing the reliability of the frequency converter as part of a large-capacity ozone electrosynthesis unit, which is the purpose of the invention.

Указанная цель достигается тем, что в преобразователе частоты, содержащем трехфазный выпрямительный мост на тиристорах, подключенный к входным выводам преобразователя через трансформатор, диод, дроссель фильтра, однофазный инверторный мост на тиристорах с коммутирующим конденсатором в диагонали переменного тока, катодная группа которого соединена с отрицательным выходным выводом трехфазного выпрямительного моста, а анодная группа подключена к первому выводу дросселя фильтра, второй трансформатор, первичная обмотка которого подключена параллельно коммутирующему конденсатору, выводы вторичной обмотки - к выходным выводам преобразователя, трансформатор выполнен с отводом от средней точки соединения вторичных обмоток, второй трансформатор выполнен с второй первичной обмоткой, преобразователь снабжен вторым диодом, вторым дросселем фильтра и вторым однофазным инверторным мостом с вторым коммутирующим конденсатором в диагонали переменного тока, анодная группа которого соединена с положительным выходным выводом трехфазного выпрямительного моста, а катодная группа подключена к первому выводу второго дросселя фильтра, вторые выводы дросселей фильтра соединены с отводом от средней точки соединения вторичных обмоток трансформатора, вторая первичная обмотка второго трансформатора подключена параллельно второму коммутирующему конденсатору, второй диод соединен последовательно с диодом, цепь из диодов шунтирует встречно выходные выводы трехфазного выпрямительного моста, общая точка соединения диодов подключена к отводу от средней точки соединения вторичных обмоток трансформатора. This goal is achieved by the fact that in a frequency converter containing a three-phase rectifier bridge on thyristors, connected to the input terminals of the converter through a transformer, diode, filter choke, single-phase inverter bridge on thyristors with a switching capacitor in the diagonal of the alternating current, the cathode group of which is connected to the negative output the output of a three-phase rectifier bridge, and the anode group is connected to the first output of the filter inductor, the second transformer, the primary winding of which is connected parallel to the switching capacitor, the leads of the secondary winding to the output terminals of the converter, the transformer is taped from the midpoint of the connection of the secondary windings, the second transformer is made with a second primary winding, the converter is equipped with a second diode, a second filter choke and a second single-phase inverter bridge with a second switching capacitor in the diagonal of alternating current, the anode group of which is connected to the positive output terminal of the three-phase rectifier bridge, and the cathode group and it is connected to the first output of the second filter choke, the second conclusions of the filter chokes are connected to the tap from the midpoint of the connection of the secondary windings of the transformer, the second primary winding of the second transformer is connected in parallel with the second switching capacitor, the second diode is connected in series with the diode, a chain of diodes shunts the output terminals of the three-phase rectifier bridge, the common connection point of the diodes is connected to the tap from the midpoint of the connection of the secondary windings of the transformer.

Существенным отличием, характеризующим изобретение, является повышение надежности работы преобразователя частоты в составе установки электросинтеза озона большой мощности за счет снижения уровней напряжений на тиристорах моста инвертора и коммутационных потерь в них. Озонатор характеризуется изменением эквивалентных параметров в широких пределах. Это делает необходимым увеличение раскачки напряжений на коммутирующих конденсаторах инверторных мостов для обеспечения коммутационной устойчивости. В заявляемом преобразователе частоты уровень напряжений на тиристорах инверторного моста уменьшен в 2 раза. Снижены и коммутационные потери в тиристорах за счет уменьшения уровней прямого и обратного напряжений. В результате надежность работы преобразователя частоты на озонатор большой мощности является более высокой. A significant difference characterizing the invention is to increase the reliability of the frequency converter as part of a large-capacity ozone electrosynthesis unit by reducing voltage levels on the thyristors of the inverter bridge and switching losses in them. The ozonizer is characterized by a change in equivalent parameters over a wide range. This makes it necessary to increase the buildup of voltage on the switching capacitors of the inverter bridges to ensure switching stability. In the inventive frequency converter, the voltage level on the thyristors of the inverter bridge is reduced by 2 times. The switching losses in thyristors are also reduced by reducing the levels of forward and reverse voltages. As a result, the reliability of the frequency converter operating on a high power ozonizer is higher.

Повышение надежности работы является полученным техническим результатом, обусловленным введением новых элементов и связей, т.е. отличительными признаками. Таким образом, отличительные признаки заявляемого преобразователя частоты являются существенными. Improving the reliability of the work is a technical result due to the introduction of new elements and relationships, i.e. distinguishing features. Thus, the distinguishing features of the inventive frequency converter are essential.

На чертеже приведена принципиальная схема преобразователя частоты. The drawing shows a schematic diagram of a frequency converter.

Преобразователь частоты содержит подключенный к входным выводам через трансформатор 1 трехфазный выпрямительный мост на шести тиристорах 2-7, диод 8, однофазный инверторный мост на четырех тиристорах 9-12, катодная группа которого соединена с отрицательным выходным выводом трехфазного выпрямительного моста, а анодная группа - с отводом от средней точки соединения вторичных обмоток трансформатора через дроссель фильтра 13, с коммутирующим конденсатором 14 в диагонали переменного тока, второй однофазный инверторный мост на четырех тиристорах 15-18, анодная группа которого соединена с положительным выходным выводом трехфазного выпрямительного моста, а катодная группа - с отводом от средней точки соединения вторичных обмоток трансформатора через второй дроссель фильтра 19, с вторым коммутирующим конденсатором 20 в диагонали переменного тока, второй трансформатор 21, первая первичная обмотка которого подключена параллельно коммутирующему конденсатору, вторая первичная обмотка - параллельно второму коммутирующему конденсатору, а выводы вторичной обмотки подключены к выходным выводам преобразователя, второй диод 22, соединенный последовательно с диодом, цепь из диодов шунтирует встречно выходные выводы трехфазного выпрямительного моста, общая точка соединения диодов подключена к отводу от средней точки соединения вторичных обмоток трансформатора. The frequency converter contains a three-phase rectifier bridge connected to the input terminals through transformer 1 on six thyristors 2-7, diode 8, a single-phase inverter bridge on four thyristors 9-12, the cathode group of which is connected to the negative output terminal of the three-phase rectifier bridge, and the anode group is connected to tap from the midpoint of the connection of the secondary windings of the transformer through the filter inductor 13, with a switching capacitor 14 in the diagonal of the alternating current, the second single-phase inverter bridge on four thyristors x 15-18, the anode group of which is connected to the positive output terminal of a three-phase rectifier bridge, and the cathode group - with a tap from the midpoint of the connection of the secondary windings of the transformer through the second filter choke 19, with the second switching capacitor 20 in the diagonal of the alternating current, the second transformer 21, whose first primary winding is connected parallel to the switching capacitor, the second primary winding is parallel to the second switching capacitor, and the terminals of the secondary winding are connected to the output the converter leads, the second diode 22, connected in series with the diode, the circuit of the diodes shunts the output terminals of the three-phase rectifier bridge, the common connection point of the diodes is connected to the tap from the midpoint of the secondary transformer windings.

Преобразователь частоты работает следующим образом. Входное переменное напряжение сети преобразуется в постоянное выпрямительным мостом на тиристорах 2-7. Цепь из диодов 8, 22 снижает пульсации выходного напряжения выпрямительного моста при больших углах управления. Постоянное напряжение с выхода выпрямительного моста поступает на последовательную цепь, состоящую из второго однофазного инверторного моста на тиристорах 15-18, второго дросселя фильтра 19, дросселя фильтра 13, однофазного инверторного моста на тиристорах 9-12. Дроссели фильтра 13, 19 обеспечивают требуемые условия для коммутации тиристоров 9-12, 15-18 инверторных мостов и сглаживание выходного тока выпрямительного моста. Импульсы управления на тиристоры диагоналей 15, 18, 9, 12 и 16, 17, 11, 10 подаются поочередно. Коммутация тиристоров 15, 18 и 9, 12 инверторных мостов осуществляется за счет встречного разряда коммутирующих конденсаторов 14, 20 и емкостного гашения тока соответствующих пар тиристоров. Трансформатор 21 обеспечивает согласование напряжений преобразователя частоты и озонатора, а также гальваническую развязку питающей и нагрузочной цепей. Первичные обмотки трансформатора 21 работают параллельно на общую нагрузку. Электромагнитные процессы при работе тиристоров диагоналей 15, 18, 9, 12 и 16, 17, 11, 10 повторяются, но ток через нагрузочную цепь имеет разное направление. За полный цикл работы всех тиристоров 9-12 и 15-18 инверторных мостов в нагрузке получаем полный период выходного переменного тока. The frequency converter operates as follows. The input AC voltage of the network is converted to constant by a rectifier bridge on thyristors 2-7. The chain of diodes 8, 22 reduces the ripple of the output voltage of the rectifier bridge at large control angles. The constant voltage from the output of the rectifier bridge is supplied to a serial circuit consisting of a second single-phase inverter bridge on thyristors 15-18, a second filter choke 19, filter choke 13, and a single-phase inverter bridge on thyristors 9-12. The inductors of the filter 13, 19 provide the required conditions for switching thyristors 9-12, 15-18 of inverter bridges and smoothing the output current of the rectifier bridge. The control pulses on the thyristors of the diagonals 15, 18, 9, 12 and 16, 17, 11, 10 are given alternately. The switching of thyristors 15, 18 and 9, 12 of inverter bridges is carried out due to the oncoming discharge of the switching capacitors 14, 20 and capacitive damping of the current of the corresponding pairs of thyristors. The transformer 21 provides coordination of the voltages of the frequency converter and the ozonizer, as well as galvanic isolation of the supply and load circuits. The primary windings of the transformer 21 operate in parallel to the total load. Electromagnetic processes during the operation of thyristors of diagonals 15, 18, 9, 12 and 16, 17, 11, 10 are repeated, but the current through the load circuit has a different direction. For the full cycle of operation of all thyristors 9-12 and 15-18 of inverter bridges in the load, we obtain the full period of the output alternating current.

По сравнению с прототипом напряжение на тиристорах инверторных мостов при заданном напряжении сети уменьшается в 2 раза. По указанной причине снижаются и коммутационные потери при включении и выключении тиристоров. Снижение уровня напряжений и коммутационных потерь позволяет снизить технические требования к тиристорам инверторных мостов, наиболее критичных к уровням напряжений при работе на повышенной частоте. Надежность работы преобразователя частоты на озонатор существенно возрастает. Повышение надежности оценивается по времени наработки на отказ по результатам опытной эксплуатации преобразователя частоты. При выполнении преобразователя частоты по заявляемой схеме время наработки на отказ может быть увеличено в 2,5-3 раза по сравнению с прототипом. Compared with the prototype, the voltage on the thyristors of inverter bridges at a given voltage is reduced by 2 times. For this reason, switching losses are also reduced when turning on and off the thyristors. Reducing the voltage level and switching losses allows you to reduce the technical requirements for thyristors of inverter bridges, the most critical to voltage levels when operating at high frequency. The reliability of the frequency converter on the ozonizer increases significantly. The increase in reliability is estimated by the time between failures according to the results of the trial operation of the frequency converter. When performing the frequency converter according to the claimed scheme, the time between failures can be increased by 2.5-3 times in comparison with the prototype.

Claims

A frequency converter containing a three-phase rectifier bridge on thyristors, connected to the input terminals of the converter through a transformer, diode, filter choke, a single-phase inverter bridge on thyristors with a switching capacitor in the diagonal of alternating current, the cathode group of which is connected to the negative output terminal of the three-phase rectifier bridge, and the anode the group is connected to the first output of the filter inductor, the second transformer, the primary winding of which is connected in parallel to the switching cond to the starter, the leads of the secondary winding - to the output terminals of the converter, characterized in that the transformer is tapered from the midpoint of the secondary windings, the second transformer is made with a second primary winding, the converter is equipped with a second diode, a second filter choke and a second single-phase inverter bridge with a second switching a capacitor in the diagonal of the alternating current, the anode group of which is connected to the positive output terminal of the three-phase rectifier bridge, and the cathode group is connected to the first output of the second filter choke, the second conclusions of the filter chokes are connected to the tap from the midpoint of the connection of the secondary windings of the transformer, the second primary winding of the second transformer is connected in parallel with the second switching capacitor, the second diode is connected in series with the diode, a circuit of diodes shunts the output terminals of the three-phase rectifier bridge, the common point of connection of the diodes is connected to the tap from the midpoint of the connection of the secondary windings of the transformer.