RU2559204C2 - Frequency converter - Google Patents
Frequency converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2559204C2 RU2559204C2 RU2013158841/07A RU2013158841A RU2559204C2 RU 2559204 C2 RU2559204 C2 RU 2559204C2 RU 2013158841/07 A RU2013158841/07 A RU 2013158841/07A RU 2013158841 A RU2013158841 A RU 2013158841A RU 2559204 C2 RU2559204 C2 RU 2559204C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- contactor
- output
- storage capacitor
- rectifier
- transistor
- Prior art date
Links
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
Description
Предложение относится к области электротехники и силовой электроники, в частности к электрическим преобразователям частоты с промежуточным преобразованием электрической энергии.The proposal relates to the field of electrical engineering and power electronics, in particular to electrical frequency converters with intermediate conversion of electrical energy.
Известно устройство преобразователя частоты [патент US 2005/0168897 A1, класс H02H 7/00, дата выдачи 04.08.2005] содержащее выпрямитель, накопительный конденсатор звена постоянного тока и инвертор. В представленном устройстве предложены различные схемные варианты заряда накопительного конденсатора с использованием дросселя, резистора и управляемого выпрямителя, которые ограничивают ток заряда. Недостатком предложенных схем преобразователя частоты является наличие дополнительных дросселей, которые должны быть рассчитаны на полный ток преобразователя, либо наличие полууправляемого выпрямителя с тиристорами, рассчитанными на коммутацию силовой цепи преобразователя, и т.д. К недостаткам предложенных схем электрического преобразователя также можно отнести отсутствие тормозной цепи в случае рекуперативного торможения электропривода.A frequency converter device is known [patent US 2005/0168897 A1, class H02H 7/00, issue date 04/08/2005] comprising a rectifier, a storage capacitor of the DC link and an inverter. The presented device offers various circuit options for the charge of the storage capacitor using a choke, resistor and controlled rectifier, which limit the charge current. The disadvantage of the proposed frequency converter circuits is the presence of additional chokes, which must be designed for the total current of the converter, or the presence of a semi-controlled rectifier with thyristors designed for switching the power circuit of the converter, etc. The disadvantages of the proposed schemes of the electric Converter can also be attributed to the lack of a brake circuit in the case of regenerative braking of the electric drive.
Известно устройство преобразователя частоты [журнал "Электротехника", декабрь 2001, "Сравнительный анализ алгоритмов управления автономными инверторами напряжения в асинхронных электроприводах", автор Грузов В.Л. с.34-40], содержащего входной силовой контактор, выпрямитель, к положительному выводу которого через сглаживающий дроссель подключены положительные полюса автономного инвертора напряжения, тормозного модуля и накопительного конденсатора, а к отрицательному выводу подключены отрицательные полюса автономного инвертора напряжения, тормозного модуля и накопительного конденсатора. Заряд накопительного конденсатора производится с использованием трех токоограничительных зарядных резисторов, которые подключены параллельно трем силовым контактам входного контактора. Один из выводов каждого резистора подключен к фазе питающей сети, а другой вывод подключен к выводу переменного тока выпрямителя. Недостаток устройства заключается в необходимости использования трех дополнительных зарядных резисторов, ограничивающих зарядный (пусковой) ток конденсатора. В результате увеличиваются масса, габариты и стоимость устройства, снижается надежность. Кроме того, требуется регулярное наблюдение за цепью заряда накопительного конденсатора. Еще одним недостатком такой схемы является и то, что при выключенном контакторе схема преобразователя частоты находится под силовым напряжением.A device for a frequency converter is known [magazine "Electrical Engineering", December 2001, "Comparative analysis of control algorithms for autonomous voltage inverters in asynchronous electric drives", author V.L. Gruzov p. 34-40], containing an input power contactor, a rectifier, to the positive terminal of which through the smoothing inductor are connected the positive poles of the autonomous voltage inverter, brake module and storage capacitor, and the negative terminals are connected to the negative terminal of the autonomous voltage inverter, brake module and storage capacitor . The storage capacitor is charged using three current-limiting charging resistors that are connected in parallel with the three power contacts of the input contactor. One of the terminals of each resistor is connected to the phase of the supply network, and the other terminal is connected to the AC terminal of the rectifier. The disadvantage of this device is the need to use three additional charging resistors, limiting the charging (starting) current of the capacitor. As a result, the mass, dimensions and cost of the device increase, and reliability decreases. In addition, regular monitoring of the charge circuit of the storage capacitor is required. Another disadvantage of such a circuit is that when the contactor is off, the frequency converter circuit is under power voltage.
Наиболее близким по технической сущности является преобразователь частоты [патент US 2008/0310202 A1, класс H02M 5/458, дата выдачи 18.12.2008], содержащее входной трехфазный дроссель, выпрямитель, инвертор, накопительный конденсатор и зарядный резистор, установленный после выпрямителя и ограничивающий ток заряда конденсатора, а также контактор, шунтирующий зарядный резистор после окончания заряда. Недостатком известного устройства является резисторный способ ограничения зарядного тока накопительного конденсатора. При протекании тока во время заряда на резисторе будет выделяться энергия, которая бесполезно рассеивается в виде тепла, причем резистор ограничивает начальное значение пускового тока, после чего ток по экспоненциальному закону снижается до нуля, тем самым затягивая время заряда конденсатора. Также к недостаткам предложенной схемы преобразователя частоты можно отнести отсутствие тормозной цепи, которая является неотъемлемой частью практически любого преобразователя частоты, выпускающегося на данный момент времени.The closest in technical essence is a frequency converter [patent US 2008/0310202 A1, class H02M 5/458, issue date 12/18/2008] containing a three-phase input choke, a rectifier, an inverter, a storage capacitor and a charging resistor installed after the rectifier and limiting the current capacitor charge, as well as a contactor shunting the charging resistor after the end of the charge. A disadvantage of the known device is a resistor method for limiting the charging current of the storage capacitor. When current flows during charging, energy will be released on the resistor, which is uselessly dissipated in the form of heat, and the resistor limits the initial value of the starting current, after which the current exponentially decreases to zero, thereby delaying the charge time of the capacitor. Also, the disadvantages of the proposed frequency converter circuit include the lack of a brake circuit, which is an integral part of almost any frequency converter produced at a given time.
Предлагаемый преобразователь частоты позволяет повысить энергетическую эффективность устройства в режиме включения, уменьшить время подготовки преобразователя частоты к работе, упростить конструкцию устройства, совместить функции заряда и рассеяния энергии торможения с использованием одного и того же ключевого элемента - транзистора, повысить надежность и улучшить эксплуатационные характеристики.The proposed frequency converter allows you to increase the energy efficiency of the device in the on mode, reduce the time it takes to prepare the frequency converter for operation, simplify the design of the device, combine the functions of charge and dissipation of braking energy using the same key element - a transistor, increase reliability and improve performance.
Преобразователь частоты, схема которого представлена на Фиг.1, содержит систему управления 1, трехфазный двухполупериодный выпрямитель 2, контактор, состоящий из катушки управления 3 и нормально разомкнутого контакта 4 контактора, накопительный конденсатор 5 и автономный инвертор напряжения 6. К "плюсовому" выводу выпрямителя 2 подключен первый вывод контакта 4 контактора, "плюсовые" выводы автономного инвертора напряжения 6 и накопительного конденсатора 5 соединены между собой, а к "минусовому" выводу выпрямителя 2 подключены "минусовые" выводы автономного инвертора напряжения 6 и накопительного конденсатора 5, а катушка 3 контактора соединена с системой управления 1. Преобразователь частоты снабжен зарядно-тормозной цепочкой 7 и дросселем 8. Зарядно-тормозная цепочка 7 состоит из транзистора 9, тормозного резистора 10, двух диодов 11, 12 и дополнительного нормально разомкнутого контакта 13 контактора. Коллектор транзистора 9 соединен с "плюсовым" выводом выпрямителя 2 и первым выводом первого контакта 4 контактора. Эмиттер транзистора 9 соединен с анодом первого и катодом второго диодов 11, 12 и первым выводом тормозного резистора 10, второй вывод которого соединен с первым выводом дополнительного контакта 13 контактора. Второй вывод первого контакта 4 контактора соединен с первым выводом дросселя 8 и катодом первого диода 11. Второй вывод дросселя 8 соединен с "плюсовыми" выводами автономного инвертора напряжения 6 и накопительного конденсатора 5. Анод второго диода 12 и второй вывод дополнительного контакта 13 контактора соединены с "минусовыми" выводами выпрямителя 2, автономного инвертора напряжения 6 и накопительного конденсатора 5.The frequency converter, the circuit of which is shown in Fig. 1, contains a control system 1, a three-phase half-wave rectifier 2, a contactor consisting of a control coil 3 and a normally open contact 4 of the contactor, a storage capacitor 5 and a stand-alone voltage inverter 6. To the "positive" terminal of the rectifier 2, the first output of contact 4 of the contactor is connected, the "positive" terminals of the autonomous voltage inverter 6 and the storage capacitor 5 are connected to each other, and the "negative" terminals are connected to the "negative" output of the rectifier 2 The autonomous voltage inverter 6 and the storage capacitor 5, and the contactor coil 3 is connected to the control system 1. The frequency converter is equipped with a charge-brake circuit 7 and a choke 8. The charge-brake circuit 7 consists of a transistor 9, a braking resistor 10, two diodes 11, 12 and an additional normally open contact 13 of the contactor. The collector of the transistor 9 is connected to the "positive" terminal of the rectifier 2 and the first terminal of the first contact 4 of the contactor. The emitter of the transistor 9 is connected to the anode of the first and the cathode of the second diode 11, 12 and the first output of the braking resistor 10, the second output of which is connected to the first output of the additional contact 13 of the contactor. The second output of the first contact 4 of the contactor is connected to the first output of the inductor 8 and the cathode of the first diode 11. The second output of the inductor 8 is connected to the "plus" terminals of the autonomous voltage inverter 6 and the storage capacitor 5. The anode of the second diode 12 and the second output of the additional contact 13 of the contactor are connected to the "minus" conclusions of the rectifier 2, a standalone voltage inverter 6 and a storage capacitor 5.
Работа преобразователя частоты происходит следующим образом. При подаче переменного напряжения на входные выводы преобразователя частоты "A", "B", "C" выпрямитель 2, собранный по схеме "Ларионова" производит выпрямление этого напряжения на своем выходе до уровня, определяемого коэффициентом схемы неуправляемого выпрямителя. При поступлении внешнего сигнала на включение преобразователя частоты, система управления 1, осуществляя управление транзистором 9, работающим в режиме широтно-импульсной модуляции, производит заряд накопительного конденсатора 5. При этом цепь заряда состоит из следующей цепи "плюсовой" вывод выпрямителя 2, открытый транзистор 9, диод 11, дроссель 8, конденсатор 5 и на "минусовой" вывод выпрямителя 2. В те моменты времени, когда транзистор 9 закрывается, ток заряда, протекающий через дроссель 8 и накопительный конденсатор 5, замыкается через диоды 11 и 12, тем самым исключая возможные коммутационные перенапряжения в звене постоянного тока, вызванные индуктивно-емкостным характером нагрузки.The operation of the frequency converter is as follows. When applying alternating voltage to the input terminals of the frequency converter "A", "B", "C", rectifier 2, assembled according to the "Larionov" circuit, rectifies this voltage at its output to a level determined by the coefficient of the uncontrolled rectifier circuit. When an external signal is received to turn on the frequency converter, the control system 1, controlling a transistor 9 operating in pulse-width modulation mode, charges the storage capacitor 5. In this case, the charge circuit consists of the following circuit: plus terminal of rectifier 2, open transistor 9 , diode 11, inductor 8, capacitor 5, and to the negative terminal of rectifier 2. At those times when transistor 9 closes, the charge current flowing through inductor 8 and storage capacitor 5 closes through the diode s 11 and 12, thereby eliminating the possible switching overvoltage in the DC link caused by the inductive-capacitive nature of the load.
При этом транзистор 9 работает в ключевом режиме со скважностьюIn this case, the transistor 9 operates in a key mode with a duty cycle
γ9=t9/T=Uвых/Uвх,γ 9 = t 9 / T = U o / U in ,
где t9 - время замкнутого состояния ключа 9, T - период повторяемости импульсов, Uвых - уровень напряжения на эмиттере транзистора 9 относительно "минусового" вывода выпрямителя, Uвх - напряжение на выходе выпрямителя 2.where t 9 is the closed-state time of switch 9, T is the pulse repetition period, U o is the voltage level at the emitter of transistor 9 relative to the "negative" output of the rectifier, U in is the voltage at the output of the rectifier 2.
Таким образом, регулируя уровень выходного напряжения Uвых, можно осуществлять регулирование и стабилизацию тока заряда накопительного конденсатора 5. Для реализации автоматизированной системы заряда накопительного конденсатора 5 преобразователя частоты необходима установка датчиков напряжения на конденсаторе 5 и датчика тока, установленного в цепи заряда накопительного конденсатора 5. Следует отметить, что, используя датчик напряжения на конденсаторе 5 и датчик тока в цепи дросселя 8, можно производить диагностику состояния цепи звена постоянного тока и инвертора 6. После окончания процесса заряда, когда напряжение на накопительном конденсаторе 5 становится равным амплитуде напряжения питания выпрямителя 2 и зарядный ток становится равным нулю, транзистор 9 отключается и включается катушка 3 контактора. Контактор замыкает свои контакты 4 и 13 в звене постоянного тока преобразователя частоты тем самым подключая напрямую (минуя транзистор 9 и диод 11) "плюсовой" вывод выпрямителя 2 к "плюсовым" выводам накопительного конденсатора 5 и инвертора напряжения 6, а также подключая второй вывод резистора 10 к "минусовой" шине звена постоянного тока. В результате чего произойдет подключение инвертора 6 преобразователя частоты к питающей сети через силовой контакт 4 контактора и начнется работа инвертора напряжения 6 по заданному алгоритму. При этом элементы зарядной цепи транзистор 9 и диод 11 набираются в схему тормозной цепочки 7, состоящей из транзистора 9, двух диодов 11 и 12 и тормозного резистора 10.Thus, by adjusting the level of the output voltage U o , it is possible to regulate and stabilize the charge current of the storage capacitor 5. To implement an automated charge system of the storage capacitor 5 of the frequency converter, it is necessary to install voltage sensors on the capacitor 5 and a current sensor installed in the charge circuit of the storage capacitor 5. It should be noted that, using the voltage sensor on the capacitor 5 and the current sensor in the inductor circuit 8, it is possible to diagnose the state of the circuit for direct current and inverter 6. After the end of the charging process, when the voltage at the storage capacitor 5 becomes equal to the amplitude of the supply voltage of the rectifier 2 and the charging current becomes equal to zero, the transistor 9 is turned off and the contactor coil 3 is turned on. The contactor closes its contacts 4 and 13 in the DC link of the frequency converter thereby directly connecting (bypassing the transistor 9 and diode 11) the "plus" terminal of the rectifier 2 to the "plus" terminals of the storage capacitor 5 and voltage inverter 6, as well as connecting the second terminal of the resistor 10 to the negative bus of the DC link. As a result, the inverter 6 of the frequency converter will be connected to the supply network through the power contact 4 of the contactor and the voltage inverter 6 will begin to work according to the specified algorithm. In this case, the elements of the charging circuit of the transistor 9 and the diode 11 are dialed into the circuit of the brake circuit 7, consisting of a transistor 9, two diodes 11 and 12 and a braking resistor 10.
В случае возможной рекуперации энергии торможения со стороны переменного тока инвертора 6 в звено постоянного тока и возрастания напряжения на накопительном конденсаторе 5 должен включаться в работу транзистор 9. В результате открытия транзистора 9 будет происходить рассеивание энергии торможения со стороны нагрузки на тормозном резисторе 10. В таком режиме транзистор 9 не может работать в режиме широтно-импульсной модуляции из-за наличия дросселя 8 в цепи звена постоянного тока. Ограничение тормозного тока должно осуществляться алгоритмически с использованием информации о напряжении в звене постоянного тока и корректировке функции управления ключами инвертора напряжения 6.In the event of a possible recovery of the braking energy from the alternating current side of the inverter 6 to the DC link and increasing voltage at the storage capacitor 5, the transistor 9 should be turned on. As a result of the opening of the transistor 9, the braking energy will be dissipated from the load side of the brake resistor 10. In this In the mode, the transistor 9 cannot work in the mode of pulse-width modulation due to the presence of a choke 8 in the DC link circuit. The limitation of the braking current should be carried out algorithmically using information about the voltage in the DC link and adjusting the key management function of the voltage inverter 6.
Таким образом, вновь введенная зарядно-тормозная цепочка позволяет совместить функции заряда накопительного конденсатора и функцию торможения на одних и тех же введенных элементах, а также позволяет осуществить диагностику состояния звена постоянного тока и инвертора напряжения. Предлагаемое устройство преобразователя частоты повышает энергетическую эффективность и надежность работы, а также позволяет значительно улучшить эксплуатационные характеристики и универсальность схемных решений.Thus, the newly introduced charge-brake circuit allows you to combine the charge functions of the storage capacitor and the braking function on the same input elements, and also allows you to diagnose the status of the DC link and the voltage inverter. The proposed device of the frequency Converter increases energy efficiency and reliability, and also can significantly improve the operational characteristics and versatility of circuit solutions.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013158841/07A RU2559204C2 (en) | 2013-12-30 | 2013-12-30 | Frequency converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013158841/07A RU2559204C2 (en) | 2013-12-30 | 2013-12-30 | Frequency converter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013158841A RU2013158841A (en) | 2015-07-10 |
| RU2559204C2 true RU2559204C2 (en) | 2015-08-10 |
Family
ID=53538132
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013158841/07A RU2559204C2 (en) | 2013-12-30 | 2013-12-30 | Frequency converter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2559204C2 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2231903C2 (en) * | 2002-09-24 | 2004-06-27 | Мустафа Георгий Маркович | High-level voltage converter |
| RU2233534C2 (en) * | 2002-08-07 | 2004-07-27 | Акционерное общество открытого типа ЭЛСИ | Frequency converter |
| US20080310202A1 (en) * | 2004-06-30 | 2008-12-18 | Hubert Schierling | Method for Automatic Adjustment of the Mains-System Frequency Parameter of a Frequency Converter Which Is Connected to a Mains System |
-
2013
- 2013-12-30 RU RU2013158841/07A patent/RU2559204C2/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2233534C2 (en) * | 2002-08-07 | 2004-07-27 | Акционерное общество открытого типа ЭЛСИ | Frequency converter |
| RU2231903C2 (en) * | 2002-09-24 | 2004-06-27 | Мустафа Георгий Маркович | High-level voltage converter |
| US20080310202A1 (en) * | 2004-06-30 | 2008-12-18 | Hubert Schierling | Method for Automatic Adjustment of the Mains-System Frequency Parameter of a Frequency Converter Which Is Connected to a Mains System |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013158841A (en) | 2015-07-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100541724B1 (en) | power supply apparatus for motor and controlling method thereof | |
| US9318969B2 (en) | Frequency converter with DC link capacitor and method for pre-charging the DC link capacitor | |
| JP5389302B1 (en) | AC motor drive system | |
| RU2491702C2 (en) | Frequency converter | |
| US7906922B2 (en) | Electric motor drive employing hybrid, hysteretic/pulse-width-modulated dynamic braking | |
| US10848073B2 (en) | Motor drive apparatus equipped with discharge circuit of capacitor of DC link | |
| JP6736369B2 (en) | Power conversion system | |
| KR102371846B1 (en) | Apparatus for preventing over-load at pre-charging of battery using power converter | |
| US10389158B2 (en) | Device and method for charging an electrical energy store from a three-phase AC voltage source | |
| CN108701556B (en) | DC voltage switch | |
| JP6469894B2 (en) | Power converter | |
| KR102346456B1 (en) | Power Control System for a Battery Driven Elevator | |
| US8816615B2 (en) | Drive device for railway vehicle | |
| US20130314070A1 (en) | Dc-dc converter | |
| CN111095762A (en) | Control unit, inverter, assembly, vehicle and method for controlling an inverter | |
| EP2768131B1 (en) | Inverter device | |
| US11097620B2 (en) | Circuit system for railroad vehicle | |
| RU2557807C2 (en) | Frequency converter | |
| EP2677621B1 (en) | AC-DC single phase controlled reversible converter with low loss snubber | |
| JP2014140272A (en) | Power conversion device | |
| US20150171767A1 (en) | Power conversion device | |
| CN101567553B (en) | Circuit for protecting a DC network against overvoltage | |
| JP2015046992A (en) | Vehicle power supply device | |
| RU2559204C2 (en) | Frequency converter | |
| KR102639091B1 (en) | Precharger |