RU2233534C2 - Frequency converter - Google Patents
Frequency converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2233534C2 RU2233534C2 RU2002121812/09A RU2002121812A RU2233534C2 RU 2233534 C2 RU2233534 C2 RU 2233534C2 RU 2002121812/09 A RU2002121812/09 A RU 2002121812/09A RU 2002121812 A RU2002121812 A RU 2002121812A RU 2233534 C2 RU2233534 C2 RU 2233534C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diode
- diodes
- transistor
- frequency converter
- phase bridge
- Prior art date
Links
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника питания для индукционного нагревателя.The invention relates to a conversion technique and can be used as a power source for an induction heater.
Известен преобразователь частоты, содержащий выпрямитель, входные выводы которого подключены к входным выводам преобразователя частоты, и однофазный мостовой инвертор на транзисторах, выходные выводы которого подключены к выходным выводам преобразователя частоты, дроссель, диод и транзистор, катод диода соединен с коллекторной группой однофазного мостового инвертора на транзисторах, анод диода соединен с анодной группой выпрямителя через дроссель, общая точка соединения диода и дросселя соединена с катодной группой выпрямителя через транзистор (Исследование системы аккумулятор - повышающий напряжение преобразователь - регулируемый электропривод/ Л.А.Шпинглер и др. //Электротехника. - 1998. - N 10. - С.12-15).A known frequency converter containing a rectifier, the input terminals of which are connected to the input terminals of the frequency converter, and a single-phase bridge inverter with transistors, the output terminals of which are connected to the output terminals of the frequency converter, a choke, diode and transistor, the cathode of the diode is connected to the collector group of a single-phase bridge inverter on transistors, the anode of the diode is connected to the anode group of the rectifier through the inductor, the common point of connection of the diode and the inductor is connected to the cathode group of the rectifier of the transistor (Study battery system - the voltage step-up converter - steering actuator / L.A.Shpingler etc. // Electronics -.. 1998. - 10. N - S.12-15).
Недостатком преобразователя частоты является низкая надежность работы, что обусловлено высокими уровнями коммутационных перенапряжений на элементах при включении и выключении транзистора и диода.The disadvantage of the frequency converter is the low reliability of the operation, which is due to the high levels of switching overvoltage on the elements when the transistor and diode are turned on and off.
Известен преобразователь частоты, содержащий трехфазный мостовой выпрямитель на диодах, входные выводы которого подключены к входным выводам преобразователя частоты, и однофазный мостовой инвертор на транзисторах с последовательными диодами, выходные выводы которого зашунтированы конденсатором и подключены к выходным выводам преобразователя частоты, дроссель, диод и транзистор, катод диода соединен с коллекторной группой однофазного мостового инвертора на транзисторах с последовательными диодами через дроссель, анод диода соединен с анодной группой трехфазного мостового выпрямителя на диодах через транзистор, анод диода соединен с эмиттерной группой однофазного мостового инвертора на транзисторах с последовательными диодами, катод диода соединен с катодной группой трехфазного мостового выпрямителя на диодах (Ruzsamyi Т., Baesanyi С. Transistorwechelrienter fur Induktiwe Ervarmung//Period. polytechn. Mech. engineering. - 1986. - N 1. - S.99-122).A known frequency converter containing a three-phase bridge rectifier on diodes, the input terminals of which are connected to the input terminals of the frequency converter, and a single-phase bridge inverter on transistors with series diodes, the output terminals of which are shunted by a capacitor and connected to the output terminals of the frequency converter, a choke, a diode and a transistor, the cathode of the diode is connected to the collector group of a single-phase bridge inverter on transistors with series diodes through a choke, the anode of the diode is connected n with the anode group of a three-phase bridge rectifier on diodes through a transistor, the anode of the diode is connected to the emitter group of a single-phase bridge inverter on transistors with series diodes, the cathode of the diode is connected to the cathode group of a three-phase bridge rectifier on diodes (Ruzsamyi T., Baesanyi C. Transistorwuktiri Erner // Period. Polytechn. Mech. Engineering. - 1986. - N 1. - S.99-122).
Недостатком преобразователя частоты является низкая надежность работы, что обусловлено высокими уровнями коммутационных перенапряжений на элементах при включении и выключении транзистора и диода.The disadvantage of the frequency converter is the low reliability of the operation, which is due to the high levels of switching overvoltage on the elements when the transistor and diode are turned on and off.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является преобразователь частоты (Патент России № 2155433, МКИ H 02 М 5/451. Преобразователь частоты/ Силкин Е.М. - Заявл. 13.04.99, Опубл. 27.08.2000. - Бюлл. - №24), который и рассматривается в качестве прототипа.The closest in technical essence to the invention is a frequency converter (Russian Patent No. 2155433, MKI H 02 M 5/451. Frequency converter / Silkin EM - Application. 13.04.99, Pub. 27.08.2000. - Bull. - No. 24), which is considered as a prototype.
Прототип содержит трехфазный мостовой выпрямитель на диодах, входные выводы которого подключены к входным выводам преобразователя частоты, и однофазный мостовой инвертор на транзисторах, выходные выводы которого зашунтированы конденсатором и подключены к выходным выводам преобразователя частоты, дроссель, диод и транзистор, катод диода соединен с коллекторной группой однофазного мостового инвертора на транзисторах через дроссель, анод диода соединен с анодной группой трехфазного мостового выпрямителя на диодах через транзистор, анод диода соединен с эмиттерной группой однофазного мостового инвертора на транзисторах, катод диода соединен с катодной группой трехфазного мостового выпрямителя на диодах.The prototype contains a three-phase bridge rectifier on diodes, the input terminals of which are connected to the input terminals of the frequency converter, and a single-phase bridge inverter on transistors, the output terminals of which are bridged by a capacitor and connected to the output terminals of the frequency converter, a choke, diode and transistor, the diode cathode is connected to the collector group a single-phase bridge inverter on transistors through a choke, the anode of the diode is connected to the anode group of a three-phase bridge rectifier on diodes through a transistor, an One diode is connected to the emitter group of a single-phase bridge inverter on transistors, the cathode of the diode is connected to the cathode group of a three-phase bridge rectifier on diodes.
Недостатком прототипа является низкая надежность работы, что обусловлено высокими уровнями коммутационных перенапряжений на элементах при включении и выключении транзистора и диода, перегрузкой транзисторов однофазного мостового инвертора на транзисторах при выходе из строя индукционного нагревателя.The disadvantage of the prototype is the low reliability, due to the high levels of switching overvoltages on the elements when turning on and off the transistor and diode, overloading the transistors of a single-phase bridge inverter on transistors in case of failure of the induction heater.
Изобретение направлено на решение задачи повышения надежности работы преобразователя частоты, что является целью изобретения.The invention is aimed at solving the problem of improving the reliability of the frequency converter, which is the purpose of the invention.
Указанная цель достигается тем, что в преобразователе частоты, содержащем трехфазный мостовой выпрямитель на диодах, входные выводы которого подключены к входным выводам преобразователя частоты, и однофазный мостовой инвертор на транзисторах, выходные выводы которого зашунтированы конденсатором и подключены к выходным выводам преобразователя частоты, дроссель, диод и транзистор, катод диода соединен с коллекторной группой однофазного мостового инвертора на транзисторах через дроссель, анод диода соединен с анодной группой трехфазного мостового выпрямителя на диодах через транзистор, анод диода соединен с эмиттерной группой однофазного мостового инвертора на транзисторах через второй дроссель, катод диода соединен с катодной группой трехфазного мостового выпрямителя на диодах через второй транзистор, транзистор зашунтирован последовательной цепью, содержащей два диода, включенных встречно и соединенных анодами, второй транзистор зашунтирован второй последовательной цепью, содержащей два диода, включенных встречно и соединенных катодами, точка соединения анодов диодов последовательной цепи соединена с точкой соединения катодов диодов второй последовательной цепи через второй конденсатор и резистор.This goal is achieved by the fact that in a frequency converter containing a three-phase bridge rectifier on diodes, the input terminals of which are connected to the input terminals of the frequency converter, and a single-phase bridge inverter on transistors, the output terminals of which are shunted by a capacitor and connected to the output terminals of the frequency converter, inductor, diode and a transistor, the cathode of the diode is connected to the collector group of a single-phase bridge inverter on transistors through a choke, the anode of the diode is connected to the anode group of three-phase of the bridge rectifier on diodes through a transistor, the anode of the diode is connected to the emitter group of a single-phase bridge inverter on transistors through a second inductor, the cathode of the diode is connected to the cathode group of a three-phase bridge rectifier on diodes through a second transistor, the transistor is shunted by a serial circuit containing two diodes connected in opposite connected by anodes, the second transistor is shunted by a second series circuit containing two diodes, connected in opposite and connected by cathodes, the connection point of the ano s series circuit of diodes is connected to the junction point between the cathodes of diodes of the second series circuit via the second capacitor and a resistor.
Существенным отличием, характеризующим изобретение, является повышение надежности работы преобразователя частоты на индукционный нагреватель за счет снижения коммутационных перенапряжений на элементах при включении и выключении транзисторов и диода, исключения перегрузок транзисторов однофазного мостового инвертора на транзисторах при выходе из строя индукционного нагревателя.A significant difference characterizing the invention is to increase the reliability of the frequency converter to the induction heater by reducing switching overvoltages on the elements when turning on and off transistors and a diode, eliminating transistor overloads of a single-phase bridge inverter on transistors when the induction heater fails.
Повышение надежности работы преобразователя частоты 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 frequency converter is a technical result due to the introduction of new elements and connections, 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 трехфазный мостовой выпрямитель на шести диодах 1-6, входные выводы которого подключены к входным выводам преобразователя частоты и однофазный мостовой инвертор на четырех транзисторах 7-10, выходные выводы которого зашунтированы конденсатором 11 и подключены к выходным выводам 12 преобразователя частоты, дроссель 13, диод 14 и транзистор 15, катод диода соединен с коллекторной группой однофазного мостового инвертора на транзисторах через дроссель, анод диода соединен с анодной группой трехфазного мостового выпрямителя на диодах через транзистор, анод диода соединен с эмиттерной группой однофазного мостового инвертора на транзисторах через второй дроссель 16, катод диода соединен с катодной группой трехфазного мостового выпрямителя на диодах через второй транзистор 17, транзистор зашунтирован последовательной цепью, содержащей два диода 18, 19, включенных встречно и соединенных анодами, второй транзистор зашунтирован второй последовательной цепью, содержащей два диода 20, 21, включенных встречно и соединенных катодами, точка соединения анодов диодов последовательной цепи соединена с точкой соединения катодов диодов второй последовательной через второй конденсатор 22 и резистор 23.The frequency converter contains a three-phase bridge rectifier on six diodes 1-6, the input terminals of which are connected to the input terminals of the frequency converter and a single-phase bridge inverter on four transistors 7-10, the output terminals of which are shunted by the capacitor 11 and connected to the output terminals 12 of the frequency converter, inductor 13 , diode 14 and transistor 15, the cathode of the diode is connected to the collector group of a single-phase bridge inverter on transistors through a choke, the anode of the diode is connected to the anode group of a three-phase bridge rectifier on the diodes through a transistor, the anode of the diode is connected to the emitter group of a single-phase bridge inverter on the transistors through the second inductor 16, the cathode of the diode is connected to the cathode group of a three-phase bridge rectifier on the diodes through the second transistor 17, the transistor is shunted by a serial circuit containing two diodes 18, 19, connected counterclockwise and connected by anodes, the second transistor is shunted by a second serial circuit containing two diodes 20, 21 connected counterclockwise and connected by cathodes, the anode connection point diodes of the serial circuit is connected to the connection point of the cathodes of the diodes of the second serial through the second capacitor 22 and the resistor 23.
Преобразователь частоты работает следующим образом. Выпрямитель на диодах 1-6 преобразует переменное напряжение сети в постоянное. Выходное напряжение выпрямителя поступает на вход инвертора через дроссели фильтра 13, 16 и регулирующие транзисторы 15, 17. Транзисторы диагоналей моста инвертора 7, 10 и 8, 9 включаются поочередно. За полный цикл работы транзисторов 7-10 в нагрузке 12 формируется полный период выходного переменного напряжения. Диод 14 выполняет роль демпферного диода и обеспечивает протекание тока дросселей фильтра 13, 16 на интервале выключенного состояния регулирующих транзисторов 15, 17. Регулирование преобразователя частоты осуществляется регулированием интервала проводящего состояния транзисторов 15, 17 на заданном интервале повторяемости. Конденсатор 11 и индукционный нагреватель 12 образуют параллельный колебательный контур высокой добротности. Конденсатор 11 обеспечивает компенсацию реактивной мощности индукционного нагревателя 12. Инвертор преобразователя частоты работает по принципу самовозбуждающегося инвертора. Индуктивность дросселей 13, 16 имеет значительную величину и выбирается из условия сглаживания входного тока инвертора. Второй конденсатор 22 в исходном состоянии заряжен до напряжения на выходе выпрямителя. Величина емкости конденсатора 22 обеспечивает малую величину пульсаций напряжения. При выключении транзисторов 15, 17 из-за разрыва тока через индуктивности соединительных шин напряжение на выходе выпрямителя возрастает. Выходной ток выпрямителя начинает протекать через диоды 18, 20 и конденсатор 22. Напряжение на выходе выпрямителя при этом ограничивается на уровне напряжения на конденсаторе 22. Входной ток инвертора на интервале выключенного состояния транзисторов 15, 17 протекает через диод 14 и поддерживается за счет энергии, накопленной в электромагнитном поле дросселей 13, 16. При включении транзисторов 15, 17 диод 14 в течение незначительного интервала времени проводит ток в обратном направлении. После восстановления вентильных свойств и выключения диода 14 его ток разрывается. За счет индуктивности соединительных шин напряжение на диоде 14 возрастает. Как только напряжение на диоде 14 станет равным напряжению на конденсаторе 22, включаются диоды 19, 21 и рост напряжения прекращается. Энергия, переданная в конденсатор 22 на интервалах коммутации транзисторов 15, 17, рассеивается в резисторе 23.The frequency converter operates as follows. The rectifier on diodes 1-6 converts the alternating voltage of the network to direct. The output voltage of the rectifier is input to the inverter through the filter chokes 13, 16 and control transistors 15, 17. The transistors of the diagonals of the inverter bridge 7, 10 and 8, 9 are turned on alternately. For the full cycle of operation of transistors 7-10 in the load 12, a complete period of the output alternating voltage is formed. The diode 14 plays the role of a damping diode and ensures the flow of current of the filter chokes 13, 16 in the off interval of the control transistors 15, 17. Regulation of the frequency converter is carried out by adjusting the interval of the conductive state of the transistors 15, 17 at a given repeat interval. The capacitor 11 and the induction heater 12 form a parallel oscillatory circuit of high quality. The capacitor 11 provides compensation for the reactive power of the induction heater 12. The inverter of the frequency converter operates on the principle of a self-excited inverter. The inductance of the chokes 13, 16 is significant and is selected from the condition of smoothing the input current of the inverter. The second capacitor 22 in the initial state is charged to the voltage at the output of the rectifier. The value of the capacitance of the capacitor 22 provides a small amount of voltage ripple. When you turn off the transistors 15, 17 due to a break in the current through the inductance of the busbars, the voltage at the output of the rectifier increases. The output current of the rectifier begins to flow through the diodes 18, 20 and the capacitor 22. The voltage at the output of the rectifier is then limited to the voltage level on the capacitor 22. The input current of the inverter in the off interval of the transistors 15, 17 flows through the diode 14 and is supported by the energy stored in the electromagnetic field of the chokes 13, 16. When the transistors 15, 17 are turned on, the diode 14 conducts current in the opposite direction for a short time interval. After the restoration of the valve properties and turning off the diode 14, its current breaks. Due to the inductance of the busbars, the voltage across the diode 14 increases. As soon as the voltage on the diode 14 becomes equal to the voltage on the capacitor 22, the diodes 19, 21 are turned on and the voltage growth stops. The energy transmitted to the capacitor 22 at the switching intervals of the transistors 15, 17 is dissipated in the resistor 23.
По сравнению с прототипом повышается надежность работы преобразователя частоты за счет существенного снижения перенапряжений на элементах при коммутациях транзисторов 15, 17 и диода 14. Надежность работы преобразователя частоты на индукционный нагреватель повышается также за счет обеспечения возможности ограничения тока транзисторов 7-10 инверторного моста при выходе из строя индукционного нагревателя. Ток ограничивается дросселями 13, 16. При возрастании тока транзисторов 7-10 сверх допустимой величины выключаются транзисторы 15, 17 и дальнейший рост тока прекращается. Повышение надежности работы преобразователя частоты на индукционный нагреватель оценивается по увеличению времени наработки на отказ. Согласно экспертным оценкам и экспериментальному анализу время наработки на отказ заявляемого преобразователя частоты увеличивается в 2-2,3 раза по сравнению с прототипом.Compared with the prototype, the reliability of the frequency converter increases due to a significant reduction in overvoltage on the elements when switching transistors 15, 17 and diode 14. The reliability of the frequency converter to the induction heater is also increased by providing the possibility of limiting the current of transistors 7-10 of the inverter bridge when exiting building induction heater. The current is limited by the chokes 13, 16. When the current of the transistors 7-10 increases above the permissible value, the transistors 15, 17 turn off and the further increase in current stops. Improving the reliability of the frequency converter to the induction heater is estimated by increasing the time between failures. According to expert estimates and experimental analysis, the MTBF of the inventive frequency converter increases by 2-2.3 times compared to the prototype.
Кроме того, повышается КПД заявляемого преобразователя частоты за счет снижения электрических потерь в элементах. Может быть уменьшена стоимость преобразователя за счет использования элементов на меньшие токи и напряжения при заданной выходной мощности.In addition, the efficiency of the claimed frequency converter is increased by reducing electrical losses in the elements. The cost of the converter can be reduced by using elements for lower currents and voltages at a given output power.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002121812/09A RU2233534C2 (en) | 2002-08-07 | 2002-08-07 | Frequency converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002121812/09A RU2233534C2 (en) | 2002-08-07 | 2002-08-07 | Frequency converter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2002121812A RU2002121812A (en) | 2004-06-20 |
| RU2233534C2 true RU2233534C2 (en) | 2004-07-27 |
Family
ID=33412781
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002121812/09A RU2233534C2 (en) | 2002-08-07 | 2002-08-07 | Frequency converter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2233534C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2559204C2 (en) * | 2013-12-30 | 2015-08-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" | Frequency converter |
-
2002
- 2002-08-07 RU RU2002121812/09A patent/RU2233534C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2559204C2 (en) * | 2013-12-30 | 2015-08-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" | Frequency converter |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101015282B1 (en) | ??/?? converter | |
| US20090244936A1 (en) | Three-phase inverter | |
| US9831778B2 (en) | Power-converting device and power conditioner using the same | |
| KR101099273B1 (en) | Power conditioner and photovoltaic power generation system | |
| CN100416997C (en) | High frequency DC power supply with high power factor | |
| JP5511947B2 (en) | Power converter with multi-level voltage output and harmonic compensator | |
| US7729139B2 (en) | Current source inverter with energy clamp circuit and controlling method thereof having relatively better effectiveness | |
| KR101186364B1 (en) | Power conversion apparatus and power conditioner | |
| US20170155321A1 (en) | Power-converting device and power conditioner using the same | |
| JPWO2007110954A1 (en) | Power supply | |
| CN107294414B (en) | Power conversion device | |
| KR20100103354A (en) | Power conversion apparatus, power conditioner and power generation system | |
| US20120014139A1 (en) | Power converting apparatus | |
| US20110096581A1 (en) | Inverter and method for operating the inverter | |
| WO2012069646A1 (en) | Multilevel inverter circuit | |
| US20230249564A1 (en) | Charging device and vehicle | |
| US9343973B2 (en) | Power conversion apparatus | |
| JP2007124732A (en) | Power converter | |
| KR20190115364A (en) | Single and three phase combined charger | |
| Mohamad et al. | The effects of number of conducting switches in a cascaded multilevel inverter output | |
| KR101697855B1 (en) | H-bridge multi-level inverter | |
| JP5701595B2 (en) | Grid connection device | |
| RU2233534C2 (en) | Frequency converter | |
| CN113690894B (en) | Voltage regulating circuit and voltage regulating device | |
| KR102665350B1 (en) | Dual-Active-Bridge CONVERTER and BIPOLAR DC POWER DISTRIBUTION DEVICE |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040808 |