RU2291548C1 - Frequency converter with off-line inductor - Google Patents
Frequency converter with off-line inductor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2291548C1 RU2291548C1 RU2005122234/09A RU2005122234A RU2291548C1 RU 2291548 C1 RU2291548 C1 RU 2291548C1 RU 2005122234/09 A RU2005122234/09 A RU 2005122234/09A RU 2005122234 A RU2005122234 A RU 2005122234A RU 2291548 C1 RU2291548 C1 RU 2291548C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- control unit
- inductor
- inverter
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника питания автономных индукционных нагревателей.The invention relates to a conversion technique and can be used as a power source for autonomous induction heaters.
Известен преобразователь постоянного напряжения в переменное (авт.св. №851700, СССР, Н 02 М 7/515, 1979), содержащий автономный резонансный инвертор, имеющий в выходной цепи резонансный контур с конденсатором и датчиком тока, блок управления, включающий датчик фазы, регулятор частоты, задающий генератор, формирователь и распределитель импульсов управления.A known Converter of direct voltage to AC (ed. St. No. 851700, USSR, N 02 M 7/515, 1979), containing a self-contained resonant inverter having a resonant circuit with a capacitor and a current sensor in the output circuit, a control unit including a phase sensor, frequency regulator, master oscillator, driver and control pulse distributor.
Главной функциональной особенностью данного преобразователя является наличие в его составе автономного резонансного инвертора. Максимальная эффективность использования преобразователей с резонансными инверторами в качестве источников питания индукционных нагревателей достигается при резонансе токов в контуре, состоящем из параллельно включенных индуктора и конденсатора. При постоянно меняющихся параметрах контура, сердечником которого является нагреваемый металл, настройка на резонанс токов производится путем подбора емкости контура или подстройкой частоты.The main functional feature of this converter is the presence in its composition of an autonomous resonant inverter. The maximum efficiency of using converters with resonant inverters as power sources for induction heaters is achieved with resonance of currents in a circuit consisting of an inductor and a capacitor connected in parallel. With constantly changing parameters of the circuit, the core of which is a heated metal, tuning to the resonance of the currents is carried out by selecting the capacitance of the circuit or by adjusting the frequency.
Основными недостатками известного устройства являются сложность, низкая надежность, большие энергетические потери в контуре и коммутирующих элементах при преобразовании энергии и ограниченные эксплуатационные возможности.The main disadvantages of the known device are complexity, low reliability, large energy losses in the circuit and switching elements during energy conversion and limited operational capabilities.
Сложность обусловлена наличием в резонансном инверторе большого количества управляемых вентилей и коммутирующих элементов.The complexity is due to the presence in the resonant inverter of a large number of controlled gates and switching elements.
Низкая надежность обусловлена сквозными токами, возникающими в тиристорных парах (плечах) инвертора при переключении диагоналей вентильного моста, и отсутствием эффективной защиты управляемых вентилей при коротком замыкании в нагрузке.Low reliability is due to the through currents occurring in the thyristor pairs (shoulders) of the inverter when switching diagonals of the valve bridge, and the lack of effective protection of the controlled valves during a short circuit in the load.
Сквозные токи возникают в случае, если хотя бы в одном из плеч вентильного моста попадутся тиристоры с малым временем включения и большим временем выключения. При переключении вентилей диагонального моста в промежутке между включением одного и выключением другого тиристора через верхнее и нижнее плечо соответствующей тиристорной пары протекает сквозной ток, уровень которого, в зависимости от длительности переключения тиристоров, может достигать значения тока короткого замыкания. При высокой частоте переключения диагоналей вентильного моста сквозные токи могут привести к пробою тиристоров. На практике, при отсутствии короткого замыкания в нагрузке, проявление этого эффекта является основной причиной пробоя тиристоров.Through currents occur if at least one of the arms of the valve bridge gets thyristors with a short turn-on time and a long turn-off time. When switching the valves of the diagonal bridge in the interval between turning on one and turning off the other thyristor, a through current flows through the upper and lower arms of the corresponding thyristor pair, the level of which, depending on the duration of switching the thyristors, can reach a short circuit current value. At a high frequency of switching diagonals of the valve bridge, through currents can lead to breakdown of the thyristors. In practice, in the absence of a short circuit in the load, the manifestation of this effect is the main cause of the breakdown of thyristors.
Большие энергетические потери обусловлены тем, что конденсатор контура и коммутирующие элементы подвергаются в процессе формирования в нагрузке электрических колебаний воздействию полного размаха переменного напряжения. При максимальном размахе переменного напряжения потери в контурном конденсаторе и коммутирующих элементах также достигают максимального значения, что в свою очередь приводит к их интенсивному разогреву и последующему разрушению. Во избежание этого явления во всех промышленных индукционных установках с резонансными инверторами, используемых для разогрева и плавки металлов, все элементы контура, включая контурные провода, связывающие параллельно включенные индуктор и конденсатор, охлаждаются водой. Обязательное использование жидкостного охлаждения практически всех элементов резонансного инвертора требует жестко регламентированных условий эксплуатации, что в значительной степени ограничивает эксплуатационные возможности преобразователя.Large energy losses are due to the fact that the capacitor of the circuit and switching elements are exposed to the full amplitude of the alternating voltage during the formation of electrical oscillations in the load. With the maximum magnitude of the AC voltage, the losses in the loop capacitor and switching elements also reach a maximum value, which in turn leads to their intense heating and subsequent destruction. To avoid this phenomenon, in all industrial induction installations with resonant inverters used for heating and melting metals, all circuit elements, including loop wires connecting the inductor and condenser connected in parallel, are cooled by water. The mandatory use of liquid cooling of almost all elements of the resonant inverter requires strictly regulated operating conditions, which greatly limits the operational capabilities of the converter.
Существенным недостатком преобразователей с автономными резонансными инверторами является также отсутствие эффективной защиты индуктора от межвиткового короткого замыкания. Это в значительной степени сказывается на надежности индукционных плавильных печей и безопасности плавки. В случае преждевременного износа футеровки тигля расплавленный металл попадает на индуктор, что приводит к межвитковому замыканию, еще более интенсивному разогреву расплавленного металла и короткозамкнутых витков, и в конечном счете, разрушению индуктора, соприкосновению расплавленного металла с водой и далее разрушению и даже взрыву плавильной печи. В большинстве случаев этого можно избежать, если в момент возникновения межвиткового замыкания автоматически блокировать работу инвертора и, тем самым, исключить дальнейший разогрев металла в зоне межвиткового замыкания (зона максимальной индукции).A significant drawback of converters with autonomous resonant inverters is also the lack of effective protection of the inductor from inter-turn short circuit. This greatly affects the reliability of induction smelting furnaces and the safety of smelting. In the event of premature wear of the crucible lining, the molten metal enters the inductor, which leads to inter-turn closure, even more intense heating of the molten metal and short-circuited turns, and ultimately, destruction of the inductor, contact of the molten metal with water and further destruction and even explosion of the melting furnace. In most cases, this can be avoided if, at the time of the inter-turn fault, the inverter is automatically blocked and, thereby, the further heating of the metal in the inter-turn fault zone (maximum induction zone) is excluded.
Еще одним недостатком преобразователей с резонансными инверторами является то, что управление мощностью преобразователя производится путем пропуска (вычитания) соответствующего количества управляющих импульсов, то есть вентильный мост с резонансной нагрузкой всегда функционирует с максимальной в условиях резонанса амплитудой тока, независимо от генерируемой мощности.Another disadvantage of converters with resonant inverters is that the power of the converter is controlled by skipping (subtracting) the corresponding number of control pulses, i.e., a bridge bridge with a resonant load always operates with a maximum current amplitude under resonance conditions, regardless of the generated power.
Известен также преобразователь постоянного напряжения в переменное (авт.св. №851699, СССР, Н 02 М 7/515, 1979), содержащий блок управления и защиты, дифференциальный датчик тока с двумя первичными обмотками и автономный инвертор, состоящий из преобразовательного моста на тиристорах, зашунтированных обратными диодами, а также дополнительный датчик тока, включенный последовательно с коммутирующим конденсатором.A DC-to-AC converter is also known (ed. St. No. 851699, USSR, N 02 M 7/515, 1979), comprising a control and protection unit, a differential current sensor with two primary windings and an autonomous inverter consisting of a thyristor converter bridge shunted by reverse diodes, as well as an additional current sensor connected in series with the switching capacitor.
Аналогу присущи те же недостатки, что и известному устройству. В то же время аналог отличается от известного устройства наличием в диагоналях вентильного моста датчиков тока, предназначенных для защиты управляемых вентилей от перегрузки по току. Однако эффективность такой защиты от короткого замыкания в нагрузке очень низкая. Это обусловлено задержкой выключения управляемых вентилей резонансного инвертора при коротком замыкании в нагрузке из-за инерционности последовательной цепи (нагрузка - защитный конденсатор и дроссель - датчик тока - блок защиты и управления - управляемые вентили) формирования блокирующих сигналов, присущей практически всем системам с многозвенной обратной связью. В лучшем случае быстродействие такой защиты составляет не менее 3-5 микросекунд. Большинство силовых вентилей не выдерживают пиковых токов в таком временном интервале.An analogue has the same disadvantages as the known device. At the same time, the analogue differs from the known device by the presence in the diagonals of the valve bridge of current sensors designed to protect controlled valves from overcurrent. However, the effectiveness of such protection against short circuit in the load is very low. This is due to the delay in turning off the controlled valves of the resonant inverter during a short circuit in the load due to the inertia of the series circuit (load - protective capacitor and inductor - current sensor - protection and control unit - controlled valves) of the formation of blocking signals inherent in almost all systems with multi-link feedback . In the best case, the speed of such protection is at least 3-5 microseconds. Most power valves do not withstand peak currents in such a time interval.
Для надежной защиты силовых вентилей реакция всей системы на короткое замыкание в нагрузке должна быть на порядок выше. Этого можно добиться только в том случае, если датчик тока функционально будет являться неотъемлемой частью управляемого вентиля, причем формируемый датчиком тока признак перегрузки и короткого замыкания воздействует в первую очередь непосредственно на управляемый вентиль, а затем через элементы гальванической развязки на схему управления вентилями. В этом случае задержка блокировки управляемого вентиля при перегрузке может достигать 50-100 наносекунд, что является приемлемым практически для всех типов управляемых вентилей.For reliable protection of power valves, the reaction of the entire system to a short circuit in the load should be an order of magnitude higher. This can be achieved only if the current sensor is functionally an integral part of the controlled valve, and the sign of overload and short circuit generated by the current sensor acts primarily on the controlled valve, and then through the galvanic isolation elements on the valve control circuit. In this case, the delay in locking the controlled valve during overload can reach 50-100 nanoseconds, which is acceptable for almost all types of controlled valves.
Наиболее близким по технической сущности предлагаемому изобретению является преобразователь частоты с блоком конденсаторной защиты (SU №1543512, Н 02 М 5/42, 1987), содержащий выпрямитель, тиристорный ключ, зашунтированный первым резистором, конденсаторный выключатель, состоящий из коммутирующего тиристора и конденсатора, блок пуска, состоящий из порогового элемента и элемента задержки, элемент памяти, датчик напряжения, элемент совпадения, второй резистор, блок управления и защиты, управляемый выключатель и инвертор.The closest in technical essence of the invention is a frequency converter with a capacitor protection unit (SU No. 1543512, H 02
Однако, при использовании в качестве нагрузки индукционного нагревателя прототип обладает всеми недостатками, присущими преобразователям с резонансными инверторами, и, кроме того, низкой эффективностью конденсаторной защиты. Эффективность, качество защиты преобразователя оцениваются, прежде всего, скоростью воздействия управляющих (запрещающих) сигналов на инвертор при возникновении нештатных ситуаций - сквозных токов при переключении диагоналей вентильного моста и короткого замыкания в нагрузке, - с целью предотвращения пробоя вентилей инвертора. Ни одному из этих требований прототип не соответствует. Конденсаторная защита ориентирована на контроль параметров управляющих сигналов и, в случае их несоответствия заданным нормам, блокирует работу управляемых вентилей инвертора, но не является защитным инструментом самих вентилей.However, when using an induction heater as a load, the prototype has all the disadvantages inherent in converters with resonant inverters, and, in addition, the low efficiency of capacitor protection. The efficiency and protection quality of the converter are evaluated, first of all, by the speed of the control (inhibitory) signals acting on the inverter in case of emergency situations - through currents when switching diagonals of the valve bridge and short circuit in the load - in order to prevent breakdown of the inverter valves. The prototype does not meet any of these requirements. Capacitor protection is focused on monitoring the parameters of control signals and, if they do not meet the specified standards, blocks the operation of controlled inverter valves, but is not a protective tool for the valves themselves.
Еще одним недостатком такой защиты является большая инерционность, обусловленная низким быстродействием управляемых выключателей переменного тока, которое даже у самых современных электронных выключателей переменного тока (оптосимисторов) составляет единицы миллисекунд и при возникновении нештатных ситуаций в управляющих цепях не может гарантировать своевременное надежное отключение преобразователя и его работоспособность при повторном включении. Более того, даже при нормальном функционировании схемы управления и возникновении нештатных ситуаций в работе самого инвертора (короткое замыкание, высокий уровень сквозных токов) эффективность конденсаторной защиты практически сводиться к нулю.Another disadvantage of this protection is the large inertia caused by the low speed of the controlled AC circuit breakers, which even for the most modern electronic AC circuit breakers (optocymistors) is several milliseconds and, in the event of emergency situations in the control circuits, it cannot guarantee timely reliable shutdown of the converter and its operation when turned on again. Moreover, even with the normal functioning of the control circuit and the occurrence of emergency situations in the inverter itself (short circuit, high level of through currents), the efficiency of the capacitor protection is practically reduced to zero.
Технической задачей изобретения является повышение надежности, безопасности эксплуатации, коэффициента полезного действия и упрощение устройства.An object of the invention is to increase the reliability, safety of operation, efficiency and simplification of the device.
Техническая задача достигается тем, что в преобразователь частоты, содержащий блок управления, выход которого соединен с первым входом инвертора, блок пуска, блок зарядных резисторов, датчик напряжения, пороговое устройство, автономный индуктор, подключенный к выходу инвертора, второй вход которого подключен к первому выводу блока разрядных резисторов и первому выходу выпрямителя, третий вход подключен к выходу датчика тока, вход которого подключен ко второму выходу выпрямителя, вход которого подключен через группу нормально разомкнутых контактов управляемого выключателя к сети переменного тока, введены формирователь признака неисправности индуктора и второй управляемый выключатель, вход управления которого подключен к первому выходу блока пуска, первый вывод нормально замкнутой пары контактов соединен со вторым выводом блока разрядных резисторов, а второй вывод, соединенный с входом датчика тока, подключен ко второму выходу выпрямителя, первый вывод нормально разомкнутой пары контактов подключен к выходу порогового устройства, второй вывод соединен с входом управления первого управляемого выключателя, первые выводы группы нормально разомкнутых контактов, объединенные, соответственно, со вторыми выводами группы нормально разомкнутых контактов первого управляемого выключателя, подключены к сети переменного тока, вторые выводы группы нормально разомкнутых контактов соединены, соответственно, через блок зарядных резисторов с первыми выводами группы нормально разомкнутых контактов первого управляемого выключателя и входом выпрямителя, первый выход которого соединен с первым входом порогового устройства, второй вход которого, объединенный с третьим входом инвертора, подключен к первому выходу датчика тока, второй выход которого, объединенный со вторыми выходами блока пуска и инвертора, соединен с первым входом блока управления, второй вход которого подключен к выходу датчика напряжения, третий вход подключен к выходу формирователя признака неисправности индуктора, первый вход которого, объединенный со входами датчика напряжения и автономного индуктора, подключен к первому выходу инвертора, второй вход подключен к отводу автономного индуктора.The technical problem is achieved in that in a frequency converter containing a control unit, the output of which is connected to the first input of the inverter, a start block, a block of charging resistors, a voltage sensor, a threshold device, an autonomous inductor connected to the output of the inverter, the second input of which is connected to the first output block of discharge resistors and the first output of the rectifier, the third input is connected to the output of the current sensor, the input of which is connected to the second output of the rectifier, the input of which is connected through the group normally open of the contacts of the controlled switch to the AC mains, an inductor malfunction indicator driver and a second controlled switch are introduced, the control input of which is connected to the first output of the start-up block, the first output of a normally closed pair of contacts is connected to the second output of the block of discharge resistors, and the second output connected to the input current sensor, connected to the second output of the rectifier, the first output of a normally open pair of contacts connected to the output of the threshold device, the second output connected to the input of the control voltage of the first controlled switch, the first conclusions of the group of normally open contacts, combined, respectively, with the second conclusions of the group of normally open contacts of the first managed switch, are connected to the AC network, the second conclusions of the group of normally open contacts are connected, respectively, through the block of charging resistors with the first conclusions groups of normally open contacts of the first controlled switch and the input of the rectifier, the first output of which is connected to the first input threshold device, the second input of which, combined with the third input of the inverter, is connected to the first output of the current sensor, the second output of which, combined with the second outputs of the start-up unit and the inverter, is connected to the first input of the control unit, the second input of which is connected to the output of the voltage sensor, the third the input is connected to the output of the generator of a symptom of a malfunction of the inductor, the first input of which, combined with the inputs of the voltage sensor and an autonomous inductor, is connected to the first output of the inverter, the second input is connected to the tap vtonomnogo inductor.
Введение в инвертор однотактного моста, выполненного на двух управляемых транзисторных модулях со встроенными датчиками тока и двух демпфирующих диодах, позволяет в значительной степени не только упростить преобразователь, но и полностью исключить сквозные токи при коммутации транзисторных модулей и тем самым повысить надежность инвертора.The introduction of a single-phase bridge into the inverter, made on two controlled transistor modules with built-in current sensors and two damping diodes, allows not only to simplify the converter, but also to completely eliminate the through currents when switching transistor modules and thereby increase the reliability of the inverter.
Введение в инвертор сглаживающего фильтра, выполненного на полярных (электролитических) конденсаторах, позволяет не только минимизировать амплитуду ЭДС самоиндукции, но и существенно уменьшить энергетические потери при преобразовании энергии и, тем самым, повысить коэффициент полезного действия преобразователя, а также уменьшить его вес и габариты.The introduction of a smoothing filter made on polar (electrolytic) capacitors into the inverter allows not only to minimize the amplitude of the self-induction EMF, but also to significantly reduce energy losses during energy conversion and, thereby, increase the efficiency of the converter, as well as reduce its weight and dimensions.
Введение в блок управления формирователя длительности активной фазы управляющего сигнала, блока регулирования мощности и селектора признака короткого замыкания нагрузки обеспечивает защиту инвертора от короткого замыкания нагрузки, автоматическое регулирование временных параметров генерируемой импульсной последовательности и оптимизацию энергетических режимов инвертора при изменении параметров нагрузки, пропорциональное токовое регулирование активной мощности и тем самым повышает надежность преобразователя.The introduction of a control signal, a power control unit and a selector of a load short circuit into the control unit of the active phase duration provides protection of the inverter from the load short circuit, automatic regulation of the time parameters of the generated pulse sequence and optimization of the inverter energy modes when the load parameters change, proportional current regulation of active power and thereby increases the reliability of the converter.
Введение связи второго выхода датчика тока с первым входом блока управления обеспечивает защиту выпрямителя от перегрузки по току без прерывания технологического цикла плавки или нагрева металла, что, в первую очередь, не только повышает надежность преобразователя, но и улучшает его эксплуатационные характеристики.The introduction of the connection of the second output of the current sensor with the first input of the control unit provides protection of the rectifier against current overload without interrupting the technological cycle of melting or heating of metal, which, first of all, not only increases the reliability of the converter, but also improves its operational characteristics.
Введение в преобразователь частоты второго управляемого выключателя обеспечивает вспомогательное защитное отключение преобразователя от сети переменного тока при недопустимом снижении напряжения питающей сети, пропадании одной из фаз, неисправном выпрямителе или инверторе, что также повышает надежность преобразователя.The introduction of a second controlled circuit breaker into the frequency converter provides an auxiliary protective disconnection of the converter from the AC mains with an unacceptable decrease in the supply voltage, one of the phases disappearing, a faulty rectifier or inverter, which also increases the reliability of the converter.
Введение в преобразователь частоты формирователя неисправности индуктора и дополнительного отвода в автономный индуктор позволяет в значительной степени уменьшить риск разрушения индуктора при преждевременном износе футеровки плавильной печи и межвитковом замыкании индуктора расплавленным металлом и, тем самым, повысить безопасность эксплуатации индукционной установки.The introduction of an inductor fault generator and an additional tap into an autonomous inductor into the frequency converter can significantly reduce the risk of destruction of the inductor due to premature wear of the lining of the melting furnace and interturn closure of the inductor by molten metal and, thereby, increase the safety of operation of the induction installation.
Инвертор выполнен по схеме однотактного моста и содержит сглаживающий фильтр, два управляемых вентиля, два встречно-последовательно включенных с ними демпфирующих диода и четыре транзисторные оптопары, причем управляемые вентили моста выполнены на транзисторных модулях со встроенными датчиками тока, а сглаживающий фильтр - на полярных конденсаторах, анод первого демпфирующего диода, соединенный с коллектором первого транзисторного модуля, и катод второго демпфирующего диода, соединенный с эмиттером второго транзисторного модуля, являются первым выходом инвертора, объединенные и гальванически развязанные через первую и вторую оптопары входы первого и второго управляемых вентилей являются первым, эмиттер первого транзисторного модуля, объединенный с анодом второго демпфирующего диода и шиной «минус» сглаживающего фильтра, - вторым, а коллектор второго транзисторного модуля, объединенный с катодом первого демпфирующего диода и шиной «плюс» сглаживающего фильтра, - третьим входами инвертора, входы третьей и четвертой оптопар соединены соответственно с выходами датчика тока первого и второго транзисторных модулей, а объединенные выходы являются вторым выходом инвертора.The inverter is designed as a single-phase bridge and contains a smoothing filter, two controllable valves, two damping diodes in series with them, and four transistor optocouplers, moreover, the controlled bridge valves are made on transistor modules with built-in current sensors, and the smoothing filter on polar capacitors, the anode of the first damping diode connected to the collector of the first transistor module, and the cathode of the second damping diode connected to the emitter of the second transistor module, are the first output of the inverter, the inputs of the first and second controlled gates are combined and galvanically isolated through the first and second optocouplers, are the first, the emitter of the first transistor module, combined with the anode of the second damping diode and the negative bus of the smoothing filter, is the second, and the collector of the second transistor module combined with the cathode of the first damping diode and the plus bus of the smoothing filter, the third inputs of the inverter, the inputs of the third and fourth optocouplers are connected respectively to the outputs of the dates current of the first and second transistor modules, and the combined outputs are the second output of the inverter.
Блок управления содержит формирователь длительности активной фазы управляющего сигнала, блок регулирования мощности и селектор признака короткого замыкания, объединенные первые входы которых подключены к выходу формирователя синхронизирующих импульсов, первый вход которого, объединенный со вторым входом блока регулирования мощности, подключен к первому выходу формирователя длительности активной фазы управляющего сигнала, второй выход которого соединен с третьим входом блока регулирования мощности, второй вход, объединенный с четвертым входом блока регулирования мощности и вторым входом селектора признака короткого замыкания нагрузки, является первым входом блока управления, пятый вход блока регулирования мощности, объединенный со вторым входом формирователя синхронизирующих импульсов, является вторым входом блока управления, шестой вход блока регулирования мощности, являющийся третьим входом блока управления, подключен к выходу селектора признака короткого замыкания нагрузки, а выход блока регулирования мощности является выходом блока управления.The control unit comprises a driver of the active phase duration of the control signal, a power control unit and a short circuit flag selector, the combined first inputs of which are connected to the output of the synchronizing pulse generator, the first input of which, combined with the second input of the power control unit, is connected to the first output of the active phase driver a control signal, the second output of which is connected to the third input of the power control unit, the second input combined with even The third input of the power control unit and the second input of the selector of the load short circuit is the first input of the control unit, the fifth input of the power control unit, combined with the second input of the synchronizing pulse generator, is the second input of the control unit, the sixth input of the power control unit, which is the third input of the unit control, connected to the output of the selector sign of a short circuit load, and the output of the power control unit is the output of the control unit.
На фиг.1 представлена структурная схема преобразователя частоты с автономным индуктором.Figure 1 presents the structural diagram of a frequency converter with an autonomous inductor.
На фиг.2 представлена структурная схема блока 1 пуска.Figure 2 presents the structural diagram of the
На фиг.3 представлена структурная схема инвертора 5.Figure 3 presents the structural diagram of the
На фиг.4 представлена структурная схема блока 6 управления.Figure 4 presents the structural diagram of the
На фиг.5 представлена структурная схема формирователя 8 признака неисправности индуктора.Figure 5 presents the structural diagram of the
На фиг.6 представлена структурная схема формирователя 37 синхронизирующих импульсов.Figure 6 presents the structural diagram of the
На фиг.7 представлена структурная схема формирователя 38 длительности активной фазы управляющего сигнала.Figure 7 presents the structural diagram of the
На фиг.8 представлена структурная схема блока 39 регулирования мощности.On Fig presents a structural diagram of a
На фиг.9 представлена структурная схема селектора 40 признака короткого замыкания нагрузки.Figure 9 presents the structural diagram of the
На фиг.10 и 11 представлены временные диаграммы, поясняющие принцип работы преобразователя частоты.10 and 11 are timing diagrams explaining the principle of operation of the frequency converter.
Преобразователь частоты с автономным индуктором (фиг.1) содержит блок 1 пуска, вход которого соединен с нормально разомкнутой парой контактов управляемого выключателя 2, первый выход соединен с входом управления управляемого выключателя 3, а второй выход, объединенный со вторыми выходами датчика 4 тока и инвертора 5, соединен с первым входом блока 6 управления, второй вход которого подключен к выходу датчика напряжения 7, третий вход - к выходу формирователя 8 признака неисправности индуктора, второй вход которого подключен к отводу автономного индуктора 9, а первый вход, объединенный с входами датчика 7 напряжения и автономного индуктора 9, подключен к первому выходу инвертора 5, первый вход которого подключен к выходу блока 6 управления, третий вход, объединенный со вторым входом порогового устройства 10, подключен к первому выходу датчика 4 тока, вход которого, объединенный со вторым выводом нормально замкнутой пары контактов управляемого выключателя 3, подключен ко второму выходу выпрямителя 11, первый выход которого соединен со вторым входом инвертора 5, первым входом порогового устройства 10 и первым выводом блока 12 разрядных резисторов, второй вывод которого соединен со вторым выводом нормально замкнутой пары контактов управляемого выключателя 3, первый вывод нормально разомкнутой пары контактов которого подключен к выходу порогового устройства 10, второй вывод соединен с входом управления управляемого выключателя 2, вторые выводы группы нормально разомкнутых контактов управляемого выключателя 3 соединены, соответственно, с первыми выводами блока 13 зарядных резисторов, вторые выводы которого, объединенные, соответственно, с входом выпрямителя 11, соединены, соответственно, с первыми выводами группы нормально разомкнутых контактов управляемого выключателя 2, вторые выводы группы нормально разомкнутых контактов которого, объединенные, соответственно, с первыми выводами нормально разомкнутых контактов управляемого выключателя 3, подключены к сети переменного тока.The frequency converter with an autonomous inductor (Fig. 1) contains a
Блок 1 пуска (фиг.2) содержит RS-триггер 14, D-триггер 15, таймер 16, элемент 17 НЕ с открытым коллектором, кнопки 18 и 19 соответственно пуска и отключения преобразователя частоты, индикатор 20 включения, дифференцирующую цепь 21, резисторы 22, 23 и элемент 24 И.The start unit 1 (Fig. 2) contains an RS-
Инвертор 5 (фиг.3) содержит сглаживающий фильтр 25, транзисторные модули 26 и 27 со встроенными датчиками тока, демпфирующие диоды 28 и 29, оптопары 30...33 и резисторы 34...36.The inverter 5 (figure 3) contains a
В качестве транзисторных модулей могут использоваться интеллектуальные IGBT-модули PM800HSA120 фирмы MITSUBISHI ELECTRIC со встроенной защитой от короткого замыкания и перегрузки по току.Intelligent IGBT modules PM800HSA120 manufactured by MITSUBISHI ELECTRIC with integrated protection against short circuit and overcurrent can be used as transistor modules.
Блок 6 управления (фиг.4) содержит формирователь 37 синхронизирующих импульсов, формирователь 38 длительности активной фазы управляющего сигнала, блок 39 регулирования мощности, селектор 40 признака короткого замыкания нагрузки.The control unit 6 (Fig. 4) comprises a synchronizing
Формирователь 8 признака неисправности индуктора (фиг.5) содержит компаратор 41, транзисторную оптопару 42, D-триггер 43, элемент 44 НЕ с открытым коллектором, индикатор 45 межвиткового замыкания, резисторы 46...51 и интегрирующую цепь 52.
Формирователь 37 синхронизирующих импульсов (фиг.6) содержит генератор 53 тактовых импульсов, элемент 54 ИЛИ, вычитающий счетчик 55, делитель 56 частоты, D-триггер 57.
Формирователь 38 длительности активной фазы управляющего сигнала (фиг.7) содержит таймер 58, D-триггер 59, элементы 60 и 61 И-НЕ, реверсивный счетчик 62, одновибраторы 63 и 64 и интегрирующую цепь 65.
Блок 39 регулирования мощности (фиг.8) содержит элементы 66 ИЛИ, вычитающие счетчики 67 и 68, D-триггер 69, элементы 70 и 71 И и RS-триггер 72.Power control unit 39 (Fig. 8) contains OR
Селектор 40 признака короткого замыкания нагрузки (фиг.9) содержит D-триггеры 73 и 74, элементы 75 и 76 И-НЕ, элементы 77...79 НЕ, делитель 80 частоты, индикатор 81 признака короткого замыкания нагрузки, кнопку 82 сброса и резистор 83.The
В качестве датчика 4 тока может использоваться балластный резистор, включенный между выпрямителем 11 и инвертором 5, и компаратор с гальванически развязанным выходом. При достижении напряжения на балластном резисторе заданного порога компаратора на его выходе появится сигнал, соответствующий признаку перегрузки выпрямителя.As a
В качестве датчика 7 напряжения может использоваться транзисторная оптопара, вход которой подключается к выходу 1 инвертора 5, а выход соединяется со входом 2 блока 6 управления.As the voltage sensor 7, a transistor optocoupler can be used, the input of which is connected to the
В качестве порогового устройства 10 может использоваться компаратор, на один из входов которого, относительно выхода выпрямителя 11, подается опорное напряжение, соответствующее порогу срабатывания, а на второй вход с выхода 1 датчика 4 тока поступает выпрямленное напряжение. При достижении выпрямленного напряжения заданного порога на выходе порогового устройства 10 появится сигнал, управляющий включением управляемого выключателя 2.As a
Преобразователь частоты работает следующим образом.The frequency converter operates as follows.
При включении источников питания преобразователя и поступлении во все блоки и узлы соответствующих питающих напряжений дифференцирующая цепь 21 в блоке 1 пуска (БП1) формирует одиночный положительный импульс, ориентирующий RS-триггер 14, а затем D-триггер 15 в нулевое состояние, при этом таймер 16 находится в заблокированном состоянии, а индикатор 20 включения преобразователя погашен. На выходах 1 и 2 БП1 присутствуют низкие уровни.When the converter power sources are turned on and the corresponding supply voltages are supplied to all blocks and nodes, the differentiating
Управляемые выключатели 2 и 3 (УВ2, УВ3) находятся в отключенном состоянии.The controlled switches 2 and 3 (UV2, UV3) are in the off state.
Реверсивный счетчик 62 кода длительности управляющего сигнала формирователя 38 длительности активной фазы управляющего сигнала (ФДАФ 38) блока 6 управления (БУ6) ориентируется в момент включения источников питания в нулевое состояние положительным импульсом, формируемым интегрирующей цепью 65 и элементом 61 И-НЕ.The reverse counter 62 of the duration code of the control signal of the
Формирователь 37 синхронизирующих импульсов (ФСИ37) БУ6 вырабатывает импульсы тактовой частоты и короткие нормированные по длительности импульсы управляющей частоты, синхронизирующие работу всех узлов БУ6. Длительность управляющих импульсов определяется коэффициентом деления делителя 56 частоты, а период их следования кодом счетчика 62 ФДАФ38.
При ориентации счетчика 62 в нулевое состояние на инверсном выходе D-триггера 57 ФСИ37 формируются отрицательные синхронизирующие импульсы максимальной частоты, поступающие на входы 1 ФДАФ38, блока 39 регулирования мощности (БРМ39) и селектора 40 признака короткого замыкания нагрузки (СПК340). Синхроимпульсы ориентируют D-триггер 73 СПК340 в нулевое состояние. По заднему фронту синхроимпульса на R-входе делителя 80 частоты устанавливается низкий уровень и начинается отсчет импульсов тактовой частоты, по окончании которого D-триггер 73 ориентируется в исходное состояние, при этом на инверсном выходе D-триггера 73 и первом входе элемента 76 И-НЕ формируется короткий положительный импульс.When the counter 62 is in the zero state, negative synchronizing pulses of maximum frequency are generated at the inverse output of the D-flip-
Длительность этого импульса соответствует временному интервалу, в котором наличие признака перегрузки инвертора 5 (ИНВ5) классифицируется как короткое замыкания нагрузки. На втором входе элемента 76 И-НЕ присутствует высокий уровень, так как на входе 2 СПК340 присутствует высокий уровень, поступающий с выхода 2 БП1, ориентирующий D-триггер 76 в нулевое состояние, при этом засвечивается индикатор 80 признака короткого замыкания нагрузки. На входе элемента 79 НЕ СПК340 и входе 6 БРМ39 устанавливается низкий уровень, блокирующий элемент 71 И БРМ39 и ориентирующий RS-триггер 72 в единичное состояние, при этом на выходе БРМ39 и БУ6 устанавливается низкий уровень, блокирующий вход 1 управления ИНВ 5.The duration of this pulse corresponds to the time interval in which the presence of an overload indication of the inverter 5 (INV5) is classified as a load short circuit. At the second input of the AND-
В момент включения электропитания RS-триггер 43 формирователя 8 признака неисправности индуктора (ФПНИ8) ориентируется одиночным отрицательным импульсом, формируемым интегрирующей цепью 52, в нулевое состояние, при этом индикатор 45 погашен.At the time of power-up, the RS-
Таким образом, при подаче питающих напряжений все блоки и устройства преобразователя частоты устанавливаются в исходное состояние.Thus, when the supply voltage is applied, all units and devices of the frequency converter are set to their initial state.
При нажатии кнопки 18 «Пуск» в БП1 RS-триггер 14 ориентируется в единичное состояние, при этом запускается таймер 16, на выходах 1 и 2 БП1 устанавливаются высокие уровни (фиг.10а, б) и засвечивается индикатор 20 включения преобразователя. Высокий уровень на выходе 1 БП1 (фиг.10б) включает УВ3, при этом размыкается нормально замкнутая пара контактов и замыкаются нормально разомкнутые пара и группа контактов УВ3. С этого момента времени напряжение сети переменного тока поступает через группу замкнутых контактов УВ3 и блок зарядных резисторов 13 (БЗР13) на вход выпрямителя 11 (В11).When the “Start”
Выпрямленное напряжение с выхода 2 В11 поступает через датчик 4 тока (ДТ4) на вход 3 ИНВ5 и вход 2 порогового устройства 10 (ПУ10). В ИНВ 5 начинается заряд конденсаторов сглаживающего фильтра 25 (СФ25) (фиг.10д). По мере заряда СФ25 напряжение на выходе 1 ДТ4 и входе 2 ПУ10 растет. При достижении выпрямленного напряжения на СФ25 заданного порога (фиг.10г, 1) на выходе ПУ10 появится высокий уровень (фиг.10д), включающий УВ2 через замкнутую пару контактов УВЗ, при этом, замыкающаяся нормально замкнутая группа контактов УВ2 закорачивает соответствующие резисторы БЗР13, после чего в форсированном режиме производится окончание заряда конденсаторов СФ25. При замкнутой паре контактов УВ2 на D-входе триггера 15 БП1 будет нулевой уровень и при поступлении на его С-вход периодически повторяющихся импульсов таймера 16 D-триггер 15 будет всегда находиться в нулевом состоянии, соответствующем включенному состоянию УВ3.The rectified voltage from
В случае, если по какой-либо причине (недопустимо пониженное напряжение сети, отсутствие одной из фаз или неисправный выпрямитель) напряжение на СФ25 не достигает за время, задаваемое таймером 16 от начала пуска БП1, заданного порога Uпор (фиг.10г, 2) на выходе ПУ10 не появится сигнал включения УВ2 (фиг.10д), при этом импульс таймера 16 ориентирует D-триггер 15 в единичное состояние и на выходе 1 БП1 появится низкий уровень, отключающий УВ3.In the event that for any reason (unacceptably low network voltage, the absence of one of the phases or a faulty rectifier), the voltage at SF25 does not reach the specified threshold U then (set by
В случае, если во время работы преобразователя напряжение на СФ25 снизится до заданного порога ПУ10 (фиг.10г, 3) на выходе ПУ10 (фиг.10д) пропадает сигнал включения УВ2. После отключения УВ2 и размыкания контактов на D-входе D-триггера 15 БП1 устанавливается высокий уровень, после чего первый импульс, поступающий на его С-вход с выхода таймера 16, ориентирует D-триггер 15 в единичное состояние, при этом на выходе 1 БП1 устанавливается низкий уровень, выключающий УВ3. Через нормально замкнутую пару контактов УВ3 к выходу В11 подключается блок 12 разрядных резисторов (БРР12) и начинается разряд конденсаторов СФ25. Санкционированное отключение преобразователя производится кнопкой 19 «Откл» в БП1.If during operation of the converter the voltage at SF25 drops to a predetermined threshold ПУ10 (Fig.10g, 3), the output signal УВ2 disappears at the output of ПУ10 (Fig.10d). After turning off the UV2 and opening the contacts at the D-input of the D-flip-
Таким образом, обеспечивается защитное отключение преобразователя от сети переменного тока при несоответствии напряжения на выходе В11 и СФ25 требуемым нормам.Thus, a protective shutdown of the converter from the AC mains is provided when the voltage at the output of V11 and SF25 does not meet the required standards.
Во время генерации в нагрузке (индукторе) мощных импульсов тока постоянное напряжение на выходе В11 и СФ25 имеет пульсирующий характер.During the generation of powerful current pulses in the load (inductor), the constant voltage at the output of V11 and SF25 has a pulsating character.
Частота пульсаций равна частоте генерируемых импульсов, а их амплитуда пропорциональна току в нагрузке.The ripple frequency is equal to the frequency of the generated pulses, and their amplitude is proportional to the current in the load.
После включения УВ2 и окончательного заряда СФ25 преобразователь готов к началу генерации мощных импульсов тока.After turning on the UV2 and the final charge of the SF25, the converter is ready to start generating powerful current pulses.
При нажатии кнопки 82 «Сброс К3» в СПК340 D-триггер 74 ориентируется в единичное состояние, при этом гасится индикатор 81 признака короткого замыкания, а на выходе элемента 79 НЕ, объединенного с выходом элемента 44 НЕ ФПНИ8 в проводное ИЛИ-НЕ и входе 6 БРМ39 устанавливается высокий уровень, так как RS-триггер 43 ФПНИ8 при включении уже ориентирован в нулевое состояние и на входе элемента 44 НЕ присутствует низкий уровень. На входах 4 и 5 БРМ39 также присутствуют высокие уровни, так как в момент включения преобразователя на выходе 2 ИНВ5 и выходе датчика 7 напряжения (ДН7) отсутствуют отрицательные сигналы импульсов, соответственно, перегрузки ИНВ5 по току и ЭДС самоиндукции. С этого момента времени элемент 71 И БРМ39 разблокируется и на S-входе RS-триггера 72 устанавливается высокий уровень. Первый отрицательный синхроимпульс управляющей частоты (фиг.11а) блокирует элемент 70 И, ориентирует RS-триггер 72 в нулевое состояние и производит запись в вычитающий счетчик 68 нулевого кода, поступающего с выхода 1 ФДАФ38. Одновременно с момента пуска преобразователя таймер 58 и D-триггер 59 ФДАФ38 разблокируются. Так как на входе 2 D-триггера 59 присутствует высокий уровень, то он остается в нулевом состоянии, а на выходе 2 ФДАФ38, входе 3 БРМ39 и вторых входах элементов 66 ИЛИ присутствует низкий уровень, при этом на D-входах вычитающего счетчика 67 устанавливается заданный на первых входах элементов 66 ИЛИ код длительности активной фазы управляющего сигнала, максимальное значение которого τакт.max всегда соответствует половине периода следования синхронизирующих импульсов, формируемых ФСИ37:When the
где Тупр и Fупр - соответственно период и частота следования управляющих (синхронизирующих) импульсов.where T CPR and F CPR are, respectively, the period and repetition rate of control (synchronizing) pulses.
Вычитающий счетчик 67 и D-триггер 69 формируют, в соответствии с заданным кодом длительности активной фазы управляющего сигнала, масштабную частоту обратно пропорциональную коду длительности активной фазы, а вычитающий счетчик 68, элемент 71 И формируют в соответствии с кодом, пропорциональным периоду следования управляющих импульсов и масштабной частотой, временной интервал, соответствующий длительности активной фазы управляющего сигнала:The subtracting
где n - значение кода периода следования управляющих импульсов;where n is the value of the code of the period following the control pulses;
Тu и Fu - соответственно период следования и частота масштабных импульсов;T u and F u - respectively, the repetition period and the frequency of scale pulses;
τакт. - текущее значение длительности активной фазы управляющих импульсов;τ act. - the current value of the duration of the active phase of the control pulses;
τакт.min - минимальная длительность активной фазы управляющих импульсов;τ act.min is the minimum duration of the active phase of the control pulses;
Fu.min, Fu.max - соответственно минимальная и максимальная частота масштабных импульсов.F u.min , F u.max - respectively, the minimum and maximum frequency of scale pulses.
После окончания отрицательного синхроимпульса разблокируется элемент 70 И, на выходе БРМ39 устанавливается высокий уровень (фиг.11б), счетчик 68 начинает отсчет импульсов масштабной частоты, в ИНВ5 отпираются транзисторные модули 26 и 27 (фиг.11г), при этом начинается заряд индуктивности, формирование в АИ9 мощного импульса тока экспоненциальной формы (фиг.11д) и частичный разряд СФ25 (фиг.11е).After the end of the negative clock, the
При достижении нулевого кода на BR-выходе вычитающего счетчика 68 появляется импульс переноса, ориентирующий RS-триггер 72 в единичное состояние. Низкий уровень на инверсном выходе RS-триггера 72 блокирует элемент 70 И, вычитающий счетчик 68, а на выходах БРМ39, БУ6, входе 1 ИНВ5 устанавливается низкий уровень, блокирующий транзисторные модули 26, 27. В этот момент прекращается активная фаза формирования в нагрузке мощного импульса тока, то есть заряда индуктивности АИ9. В момент запирания транзисторов 26 и 27 в АИ9 возникает ЭДС самоиндукции, которая меняет полярность напряжения на АИ9 (фиг.11г) и начинается разряд индуктивности АИ9 через демпфирующие диоды 28 и 29, при этом полярность импульса тока в АИ9, в отличие от напряжения, не меняется (фиг.11д). ЭДС самоиндукции гасится СФ25 непосредственно в ИНВ5. Амплитуда пульсаций СФ25 пропорциональна току в АИ9, а частота соответствует частоте генерируемых импульсов (фиг.11е).When the zero code is reached, a transfer pulse appears at the BR output of the subtracting counter 68, orienting the RS flip-
Для исключения сбоев, возможного перезапуска ИНВ5 и, соответственно, повышения помехоустойчивости преобразователя начало и время действия ЭДС самоиндукции фиксируется ДН7, включенным в цепь обратной связи между АИ9 и БУ6. ДН7 формирует импульс, длительность которого соответствует длительности ЭДС самоиндукции. Импульс ДН7 блокирует до окончания ЭДС самоиндукции RS-триггер 72 в БРМ39 и формирование управляющих синхроимпульсов в ФСИ37. При практически полном разряде индуктивности АИ9 и, соответственно, окончании ЭДС самоиндукции импульс на выходе ДН7 исчезает, в ФСИ37 и в БУ6 начинается формирование следующего управляющего импульса.To eliminate malfunctions, a possible restart of INV5 and, accordingly, to increase the noise immunity of the converter, the beginning and duration of the self-induction EMF are recorded by DN7, which is included in the feedback circuit between AI9 and BU6. DN7 forms an impulse whose duration corresponds to the duration of the self-induction EMF. The DN7 pulse blocks, until the end of the EMF of self-induction, the RS flip-
При изменении в БРМ39 кода длительности активной фазы управляющего импульса меняется, соответственно, масштабная частота на выходе D-триггера 69 и длительность положительного управляющего импульса на выходе RS-триггера 72 и выходе БРМ39, при этом меняется длительность ЭДС самоиндукции, амплитуда тока в АИ9, амплитуда пульсаций В11 и СФ25 (фиг.11г, д, е) и, соответственно, генерируемая преобразователем мощность.When the code for the duration of the active phase of the control pulse changes in BRM39, the scale frequency at the output of D-flip-
После пуска преобразователя таймер 58 в ФДАФ38 вырабатывает импульсы низкой частоты, каждый из которых является временной меткой начала формирования и коррекции кода длительности активной фазы управляющего сигнала. При плавке (медленном разогреве) металлов эта частота находится в пределах (0,01-0,5 Гц).After the converter is started, the
Первый импульс таймера 58 ориентирует D-триггер 59 в единичное состояние, при этом разблокируется элемент 60 И, на вторых входах элементов 66 ИЛИ и на D-входах вычитающего счетчика 67 БРМ39 присутствуют высокие уровни. С этого времени вычитающий счетчик 67 и D-триггер 69 формируют минимальную масштабную частоту, соответствующую максимальной длительности активной фазы управляющего сигнала.The first pulse of the
Первый отрицательный синхроимпульс управляющей частоты, формируемый в ФСИ37, поступает через элемент 60 И-НЕ на суммирующий вход реверсивного счетчика 62 ФДАФ38 и увеличивает код счетчика 62 на единицу. По заднему фронту синхроимпульса установившийся код счетчика 62 записывается в вычитающие счетчики 55 и 68 соответственно ФСИ37 и БРМ39.The first negative sync pulse of the control frequency generated in the FSI37 enters through the AND-
С этого момента времени вычитающий счетчик 55 и D-триггер 57 формируют период следования синхроимпульса, соответствующий увеличенному коду реверсивного счетчика 62 ФДАФ38. Одновременно вычитающий счетчик 68 и D-триггер 72 формируют управляющий импульс с возрастающей, в соответствии с увеличенным на D-входе счетчика 68 кодом, максимальной длительностью активной фазы, равной половине периода следования синхроимпульса ФСИ37.From this moment in time, the subtracting counter 55 and the D-flip-
В соответствии с длительностью управляющего импульса в ИНВ5 и АИ9 формируется импульс постоянного тока экспоненциальной формы. Аналогичный процесс формирования возрастающей длительности активной фазы и периода следования управляющего импульса произойдет при формировании в ФСИ37 следующего синхроимпульса. Это будет происходить до тех пор, пока импульс тока в АИ9 не достигнет значения порога перегрузки транзисторных модулей 26 и 27, при этом один из датчиков тока транзисторных модулей 26, 27 формирует нормированный по длительности отрицательный импульс признака перегрузки по току, который через 50-100 наносекунд блокирует соответствующий транзисторный модуль и одновременно через оптопару 31 или 33 поступает на вход 1 БУ6, при этом в БРМ39 блокируется RS-триггер 72, прекращается формирование длительности активной фазы управляющего сигнала и на выходе БРМ39 устанавливается низкий уровень, блокирующий вход 1 ИНВ5.In accordance with the duration of the control pulse in INV5 and AI9, an exponentially shaped direct current pulse is formed. A similar process of formation of an increasing duration of the active phase and the period of repetition of the control pulse will occur when the next sync pulse is formed in FSI37. This will happen until the current pulse in AI9 reaches the overload threshold of the
Одновременно импульс признака перегрузки поступает в ФДАФ38, блокирует таймер 58 и ориентирует D-триггер 59 в нулевое состояние, при этом блокируется элемент 60 И и, соответственно, поступление на суммирующий вход реверсивного счетчика 62 синхроимпульсов ФСИ37.At the same time, the impulse of the overload indicator enters the FDAF38, blocks the
По заднему фронту отрицательного импульса признака перегрузки код счетчика 62 уменьшается на единицу, при этом в БРМ39 уменьшается длительность активной фазы управляющих импульсов и, соответственно, ток в АИ9, то есть транзисторные модули 26 и 27 ИНВ5 выходят из зоны перегрузки в зону безопасной работы.On the trailing edge of the negative pulse of the overload sign, the counter code 62 decreases by one, while in BRM39 the duration of the active phase of the control pulses decreases and, accordingly, the current in AI9, i.e.,
Таким образом, ФСИ37, ФДАФ38, БРМ39 автоматически формируют с интервалом времени, задаваемым таймером 58 ФДАФ38, оптимальные, с точки зрения энергетических возможностей ИНВ5, длительность активной фазы и период следования управляющих импульсов.Thus, FSI37, FDAF38, BRM39 automatically generate, with the time interval set by the
Если на первых входах элементов 66 ИЛИ БРМ39 установлен код длительности активной фазы управляющего сигнала меньше максимального, то после окончания импульса признака перегрузки в БРМ39 формируются управляющие импульсы, длительность которых соответствует коду, установленному на первых входах элементов 66 ИЛИ, а период их следования соответствует оптимальному, сформированному в предшествующем интервале времени таймера 58.If the active phase of the control signal is set to the duration of the active phase of the control signal at the first inputs of
Если в процессе работы преобразователя перегрузка модулей 26 и 27 ИНВ5 возникает из-за изменения параметров нагрузки, а не из-за увеличения длительности активной фазы управляющего сигнала, то код счетчика 62 будет уменьшаться на единицу с каждым импульсом признака перегрузки, поступающим на его вычитающий вход до тех пор, пока ИНВ5 не выйдет из зоны перегрузки. Аналогичным образом происходит оптимизация длительности активной фазы и периода следования управляющих сигналов при наличии признака перегрузки выпрямителя, формируемого датчиком 4 тока (ДТ4), выход которого объединен в проводное ИЛИ с выходом 2 ИНВ5. Одновибраторы 1 и 2 (ОВ1 и ОВ2) ФДАФ38 формируют нормированные по длительности импульсы переносов, предназначенные для ориентации и удержания кода счетчика 62, в пределах его граничных значений.If during the operation of the converter the overload of
При наличии признаков перегрузки, которые могут классифицироваться как короткое замыкание нагрузки, скорость изменения состояния счетчика 62 ФДАФ38 и, соответственно, скорость уменьшения активной фазы управляющего сигнала недостаточны для надежной защиты транзисторных модулей 26 и 27 ИНВ5 от пробоя. Поскольку датчики тока модулей 26 и 27 формируют совокупный признак перегрузки, то есть признак короткого замыкания нагрузки и перегрузки ИНВ5 по току выдаются во внешние устройства по однопроводной линии, возникает необходимость дополнительной классификации состояния модулей 26 и 27 ИНВ5.If there are signs of overload, which can be classified as a short circuit of the load, the rate of change of the state of the counter 62 FDAF38 and, accordingly, the rate of decrease of the active phase of the control signal is insufficient for reliable protection of
Временной интервал, в котором признак перегрузки классифицируется как короткое замыкание нагрузки, формируется делителем 80 и D-триггером 73. При наличии признака перегрузки в этом интервале на выходе элемента 76 И-НЕ возникает отрицательный импульс, ориентирующий D-триггер 74 в нулевое состояние, при этом засвечивается индикатор 81 признака короткого замыкания нагрузки, а на выходе СПК340 устанавливается низкий уровень, блокирующий формирование в БРМ39, а затем и в ИНВ5 управляющих сигналов. При пробое одного из демпфирующих диодов 28 или 29 датчик тока транзисторного модуля соответствующего плеча при отпирании транзистора формирует импульс признака перегрузки, который также классифицируется СПК340 как короткое замыкание нагрузки.The time interval in which the overload symptom is classified as a short circuit of the load is formed by the
При нормальном функционировании преобразователя частоты на вход 1 ФПНИ8 с выхода 1 ИНВ5 поступают генерируемые преобразователем импульсы напряжения с амплитудой U12, являющиеся источником опорного напряжения компаратора 41 ФПНИ8. Уровень опорного напряжения:During normal operation of the frequency converter,
Uon~U12, Uon=K∂12U12,U on ~ U 12 , U on = K ∂12 U 12 ,
где К∂12 - коэффициент деления делителя напряжения 46/47;where K ∂12 is the division ratio of the
Uon устанавливается на прямом входе компаратора 41 делителем напряжения 46/47. Одновременно с отвода АИ9 на вход 2 ФПНИ8 поступают импульсы напряжения с амплитудой U13. На инверсном входе компаратора 41 делителем напряжения 48/49 устанавливается уровень напряжения U'13:U on is installed at the direct input of the
где К∂13 - коэффициент деления делителя напряжения 48/49;where K ∂13 is the division ratio of the
n13 - количество витков, ограниченное отводом АИ9;n 13 is the number of turns limited by the withdrawal of AI9;
n12 - общее количество витков АИ9.n 12 is the total number of turns of AI9.
В нормальном состоянии, то есть при отсутствии в АИ9 короткозамкнутых витков уровень напряжения U13 должен соответствовать приведенному выше соотношению, при этом на выходе компаратора 41, выходе оптопары 51 и S-входе RS-триггера 43 должны быть высокие уровни, а RS-триггер 43 ориентирован в момент включения в нулевое состояние. Меньшая часть витков n13 АИ9, ограниченная отводом, размещается в зоне, не подверженной разрушительному воздействию расплавленного металла, а большая часть витков n23 АИ9 находится в зоне разогрева и плавки металла, т.е. в зоне возможного соприкосновения с расплавленным металлом.In the normal state, that is, in the absence of short-circuited turns in AI9, the voltage level U 13 should correspond to the above ratio, while the output of the
При попадании расплавленного металла на индуктор и возникновения в зоне n23 АИ9 межвиткового короткого замыкания число витков n23, а значит и общее число витков n12 АИ9 уменьшится, а число витков n13, ограниченное отводом, остается прежним, при этом активная мощность преобразователя (мощность, отдаваемая в нагрузку - нагреваемый металл и, соответственно, короткозамкнутые витки) увеличится, а напряжение генерируемых импульсов на выходе 2 останется неизменным. Отсюда следует, что при уменьшении n12 напряжение U13 увеличится и, соответственно, превысит порог Uon компаратора 41. На выходах компаратора 41 и оптопары 42 устанавливается низкий уровень, ориентирующий RS-триггер 43 в единичное состояние, при этом засвечивается индикатор 45 межвиткового короткого замыкания, а на выходе элемента 44 НЕ, объединенного с выходом элемента 79 НЕ СПК340 в проводное ИЛИ, устанавливается низкий уровень, блокирующий формирование в БРМ39 управляющих импульсов.When molten metal enters the inductor and an inter-turn short circuit occurs in the area n 23 AI9, the number of turns n 23 , and therefore the total number of turns n 12 AI9 will decrease, and the number of turns n 13 limited by the tap remains the same, while the active power of the converter ( the power given to the load - the heated metal and, accordingly, the short-circuited turns) will increase, and the voltage of the generated pulses at
Разблокирование БРМ39 может произойти только после устранения неисправности (межвиткового короткого замыкания) АИ9 и повторном включении преобразователя частоты с автономным индуктором.Unlocking of the BRM39 can occur only after the troubleshooting (inter-turn short circuit) of AI9 is corrected and the frequency converter with an autonomous inductor is turned on again.
Таким образом, предлагаемый преобразователь частоты с автономным индуктором обеспечивает формирование в нагрузке мощных импульсов тока и одновременно позволяет добиться повышения надежности, безопасности эксплуатации, коэффициента полезного действия и упрощения.Thus, the proposed frequency converter with a self-contained inductor provides the formation of powerful current pulses in the load and at the same time allows to increase reliability, operation safety, efficiency and simplification.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005122234/09A RU2291548C1 (en) | 2005-07-13 | 2005-07-13 | Frequency converter with off-line inductor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005122234/09A RU2291548C1 (en) | 2005-07-13 | 2005-07-13 | Frequency converter with off-line inductor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2291548C1 true RU2291548C1 (en) | 2007-01-10 |
Family
ID=37761373
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005122234/09A RU2291548C1 (en) | 2005-07-13 | 2005-07-13 | Frequency converter with off-line inductor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2291548C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2460201C1 (en) * | 2011-03-16 | 2012-08-27 | Геннадий Леонидович Багич | Method to transform frequency and device for its realisation |
| RU2475930C1 (en) * | 2011-06-20 | 2013-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" | Device for protection of matrix cascade frequency converter |
-
2005
- 2005-07-13 RU RU2005122234/09A patent/RU2291548C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2460201C1 (en) * | 2011-03-16 | 2012-08-27 | Геннадий Леонидович Багич | Method to transform frequency and device for its realisation |
| RU2475930C1 (en) * | 2011-06-20 | 2013-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" | Device for protection of matrix cascade frequency converter |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9667157B1 (en) | System and method for operating a power converter | |
| CN101268597B (en) | Active inrush current control using a relay for AC to DC converters | |
| US8472216B2 (en) | Circuit arrangement and control circuit for a power-supply unit, computer power-supply unit and method for switching a power-supply unit | |
| US4051425A (en) | Ac to dc power supply circuit | |
| CN1909352B (en) | Method and apparatus for increasing the power capability of a power supply | |
| KR100607565B1 (en) | Induction incoming circuit of noncontact power supply facility | |
| CN1044536C (en) | Power converter protecting apparatus for electric power system | |
| US7688034B2 (en) | Device for powering electric or electronic devices operatively associated with a circuit breaker | |
| JPWO2009104277A1 (en) | Magnetic energy regenerative switch with protection circuit | |
| JPH0710145B2 (en) | Overcurrent protection device | |
| CA2463015A1 (en) | Method for varying the power consumption of capacitive loads | |
| RU2291548C1 (en) | Frequency converter with off-line inductor | |
| TWI644506B (en) | Power supply device | |
| MX2014006059A (en) | Auxiliary power source device for vehicle and overcurrent protection method. | |
| JPH01292790A (en) | Inverter power supply for magnetron | |
| CN212965200U (en) | Centralized blocking type resistance-capacitance protection state detection device | |
| JPS6377383A (en) | Starting circuit | |
| SU830620A1 (en) | Transistorized inverter with zero output of transformer primary winding | |
| SU1427476A2 (en) | User overvoltage protection arrangement | |
| RU2109394C1 (en) | Quasi-resonance constant voltage converter with switching- over under zero voltage | |
| SU1148573A3 (en) | Device for controlling static frequency converter | |
| SU1730708A1 (en) | Device for protection of self-excited induction generator unit from voltage and frequency change | |
| SU1248082A1 (en) | Resistive heating installation | |
| JPH08214562A (en) | System interconnection inverter device | |
| KR200194413Y1 (en) | Battery charger of zero switching type |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150714 |