RU60810U1 - Согласованный резонансный преобразователь частоты с неявно выраженным звеном постоянного тока - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к преобразовательной технике и может быть использована в источниках питания для индукционных нагревателей и других электротехнологических нагрузок. Полезная модель повышает надежность работы согласованного резонансного преобразователя частоты с неявно выраженным звеном постоянного тока. Преобразователь частоты содержит подключенный к входным выводам преобразователя частоты выводами переменного тока трехфазный мост на шести управляемых вентилях 1-6, выводы постоянного тока которого замкнуты и подключены к выходному выводу преобразователя частоты через последовательно соединенные дроссель насыщения 7 и разделительный конденсатор 8, второй выходной вывод преобразователя частоты подключен к нулевому выводу корпуса устройства. 1 илл.

Description

Полезная модель относится к преобразовательной технике и может быть использована при проектировании источников питания для индукционных нагревателей и других электротехнологических нагрузок. Полезная модель повышает надежность работы согласованного резонансного преобразователя частоты с неявно выраженным звеном постоянного тока.

Известен согласованный резонансный преобразователь частоты с неявно выраженным звеном постоянного тока, содержащий подключенные к входным выводам преобразователя частоты три симметричные группы встречно-параллельных управляемых вентилей с последовательными дросселями, соединенные в трехфазную звезду, нулевой вывод которой подключен к выходному выводу преобразователя частоты через коммутирующий конденсатор, и три конденсатора фильтра, соединенные в трехфазную звезду, второй выходной вывод преобразователя частоты подключен к нулевому выводу трехфазной звезды конденсаторов фильтра (Акодис М.М., Курашко Ю.И. Стабилизация напряжения в последовательных преобразователях частоты с неявно выраженным звеном постоянного тока // Тез. докл. всесоюзной науч. технич. конф., посвящ. вентильным преобразователям частоты (схемам и коммутационным процессам), г.Свердловск, 1969. - С.50).

Недостатком согласованного резонансного преобразователя частоты с неявно выраженным звеном постоянного тока является низкая надежность работы. Это обусловлено высокими уровнями перенапряжений на управляемых вентилях, возникающих при их выключении, за счет обрыва тока последовательных дросселей, что может привести к выходу управляемых вентилей из строя, а также высокими уровнями электромагнитных помех, возникающих при коммутациях управляемых вентилей, что может привести к сбоям в системе управления.

Известен согласованный резонансный преобразователь частоты с неявно выраженным звеном постоянного тока, содержащий подключенные к входным выводам преобразователя частоты через магнитосвязанные дроссели три схемы на четырех управляемых вентилях, включенных по два встречно-последовательно анодами и катодами, соединенные параллельно, общие точки соединения схем на четырех управляемых вентилях подключены к выходным выводам преобразователя частоты (Теория работы бестрансформаторного преобразователя частоты с неявным звеном постоянного тока / И.И.Кантер, Н.П.Митяшин, В.В.Пятницын и др. // Тиристорные преобразователи частоты для индукционного нагрева металлов. Межвуз. науч. сб. трудов. 1977, №7. - С.83-91).

Недостатком согласованного резонансного преобразователя частоты с неявно выраженным звеном постоянного тока является низкая надежность работы. Это обусловлено высокими уровнями напряжений на управляемых вентилях, что может привести к выходу их из строя,

Известен согласованный резонансный преобразователь частоты с неявно выраженным звеном постоянного тока, содержащий подключенный к входным выводам преобразователя частоты выводами переменного тока трехфазный мост на управляемых вентилях, выводы постоянного тока которого соединены между собой через магнитосвязанные дроссели, общая точка соединения магнитосвязанных дросселей подключена к выходному выводу преобразователя частоты, второй выходной вывод преобразователя частоты подключен к нулевому выводу корпуса устройства (Kasahara H. Equivalent circuit of high frequency cycloconverter and its application. Electrical Engineering in Japan. 1981, Vol.101, No.6. - P.47-54).

Указанный согласованный резонансный преобразователь частоты с неявно выраженным звеном постоянного тока является наиболее близким по технической сущности к полезной модели и выбран в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является низкая надежность работы. Это обусловлено высокими уровнями перенапряжений на управляемых вентилях, возникающих при их выключении, высокими скоростями нарастания прямого напряжения и прямого тока управляемых вентилей, высокими уровнями электромагнитных помех, возникающих при коммутациях, отсутствием ограничения тока короткого замыкания нагрузки, относительной сложностью электрической схемы.

Полезная модель направлена на решение задачи повышения надежности работы согласованного резонансного преобразователя частоты с неявно выраженным звеном постоянного тока, что является целью полезной модели.

Указанная цель достигается тем, что согласованный резонансный преобразователь частоты с неявно выраженным звеном постоянного тока содержит подключенный к входным выводам преобразователя частоты выводами переменного тока трехфазный мост на управляемых вентилях, выводы постоянного тока которого замкнуты и подключены к выходному выводу преобразователя частоты через последовательно соединенные дроссель насыщения и разделительный конденсатор, второй выходной вывод преобразователя частоты подключен к нулевому выводу корпуса устройства.

Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является повышение надежности работы согласованного резонансного преобразователя частоты с неявно выраженным звеном постоянного тока, что достигается снижением уровней перенапряжений на управляемых вентилях, возникающих при их выключении, снижением скоростей нарастания прямого напряжения на управляемых вентилях и прямого тока управляемых вентилей, снижением уровней электромагнитных помех, возникающих при коммутациях, ограничением тока при аварийных замыканиях в нагрузке преобразователя частоты, оптимальным устройством электрической схемы.

Повышение надежности работы согласованного резонансного преобразователя частоты

с неявно выраженным звеном постоянного тока является полученным техническим результатом, обусловленным новыми элементами в схеме преобразователя частоты, порядком их включения и новыми связями, то есть отличительными признаками полезной модели. Таким образом, отличительные признаки заявляемого согласованного резонансного преобразователя частоты с неявно выраженным звеном постоянного тока являются существенными.

На рисунке приведена электрическая схема преобразователя частоты.

Согласованный резонансный преобразователь частоты содержит подключенный к входным выводам преобразователя частоты выводами переменного тока трехфазный мост на шести управляемых вентилях 1-6, выводы постоянного тока которого замкнуты и подключены к выходному выводу преобразователя частоты через последовательно соединенные дроссель насыщения 7 и разделительный конденсатор 8, второй выходной вывод преобразователя частоты подключен к нулевому выводу корпуса устройства. К выходным выводам преобразователя частоты подключается нагрузка 9.

Согласованный резонансный преобразователь частоты в установившемся режиме работает следующим образом. К входным выводам преобразователя частоты подключается трехфазный источник переменного напряжения питания. Частота первой гармоники выходного сигнала устройства в общем случае может быть выше частоты переменного напряжения питания более чем в 6 раз (работа на частоте меньшей частоты переменного напряжения питания не рассматривается). Импульсы управления на управляемые вентили 1, 3, 5 и 2, 4, 6 поступают поочередно с частотой, равной частоте выходного сигнала устройства.

Ток через нагрузку 9 имеет колебательный характер. Выключение очередного управляемого вентиля 1-6 происходит в момент колебательного спада тока через управляемый вентиль 1-6 и нагрузку 9 до нулевого значения. Параметры элементов последовательного

колебательного контура нагрузочной цепи (емкость разделительного конденсатора 8 и индуктивность нагрузки 9) выбираются из условия равенства или превышения частоты основной гармоники выходного сигнала преобразователя частоты более чем в 2 раза (работа с более низкой собственной частотой последовательного колебательного контура нагрузочной цепи не рассматривается).

Если входное переменное напряжение в первой фазе источника переменного напряжения питания (соединена с общей точкой соединения управляемых вентилей 1, 2) условно положительной полярности относительно потенциала нулевого вывода корпуса устройства является в данный момент времени наибольшим, а входное переменное напряжение, например, в третьей фазе (соединена с общей точкой соединения управляемых вентилей 5, 6) условно отрицательной полярности относительно потенциала нулевого вывода корпуса устройства является наименьшим, то подается импульс управления на управляемый вентиль 1. В нагрузке 9 формируется импульс тока положительной полярности. Ток протекает от входного вывода первой фазы к нулевому выводу корпуса устройства по цепи: +-1-7-8-9-o. Разделительный конденсатор 8 перезаряжается до напряжения условно положительной полярности, которое превышает напряжение питания. После выключения управляемого вентиля 1 включается управляемый вентиль 2. При этом ток протекает в противоположном направлении, разряжая разделительный конденсатор 8 по цепи: 8-7-2-+-o-9-8. В интервале проводимости управляемого вентиля 2 управляемый вентиль 1 может восстанавливать свои управляющие свойства (если используются управляемые вентили с неполной управляемостью), а часть электромагнитной энергии накопленной в поле разделительного конденсатора 8 рекуперируется в фазу источника переменного напряжения питания. Возврат излишней электромагнитной энергии от элементов колебательного контура нагрузочной цепи обеспечивает стабилизацию режима работы преобразователя частоты на переменную электротехнологическую нагрузку 9. После частичного

разряда разделительного конденсатора 8 и колебательного спада тока до нулевого значения управляемый вентиль 2 выключается. Далее включается управляемый вентиль 6 непосредственно после выключения управляемого вентиля 2, либо через интервал регулируемой паузы. Ток протекает от нулевого вывода корпуса устройства к входного выводу третьей фазы по цепи: o-9-8-7-6--. Ток через нагрузку 9 имеет условно отрицательное направление. Разделительный конденсатор 8 перезаряжается до напряжения условно отрицательной полярности, которое превышает по модулю напряжение питания. После колебательного спада тока через управляемый вентиль 6 до нулевого значения включают управляемый вентиль 5. Ток протекает в противоположном (условно положительном) направлении, разряжая разделительный конденсатор 8 по цепи: 8-9-o---5-7-8. В интервале проводимости управляемого вентиля 5 управляемый вентиль 6 может восстанавливать свои управляющие свойства (если используются управляемые вентили с неполной управляемостью), а часть электромагнитной энергии накопленной в поле разделительного конденсатора 8 рекуперируется в источник переменного напряжения питания. Далее, если входное переменное напряжение в первой фазе источника переменного напряжения питания относительно потенциала нулевого вывода корпуса устройства является по-прежнему наибольшим, а входное переменное напряжение в третьей фазе продолжает оставаться наименьшим, то снова подаются импульсы управления на управляемый вентиль 1, а затем, последовательно, на управляемые вентили 2, 6, 5. С момента включения управляемого вентиля 1 заканчивается частный цикл в работе преобразователя частоты (период выходного переменного сигнала).

Изменение уровней напряжений в фазах источника переменного напряжения питания приводит к циклическому переходу токов на следующих периодах выходного переменного сигнала последовательно на управляемые вентили 2, 3, 4, 5, 6, 1 в анодной и катодной группах трехфазного моста. Количество периодов выходного переменного сигнала,

которое формируется на 1\3 части периода переменного напряжения питания определяется соотношением частот выходного переменного сигнала и переменного напряжения питания. Электромагнитные процессы при циклической смене управляемых вентилей в анодной 2, 4, 6 и катодной 1, 3, 5 группах трехфазного моста полностью аналогичны рассмотренным выше.

Дроссель насыщения 7 снижает скорость нарастания тока при включении и спаде тока управляемых вентилей за счет изменения индуктивности при изменении величины тока через него. Одновременно снижается величина обратного тока восстановления управляемых вентилей 1-6, скорость нарастания прямого напряжения и уровень коммутационных перенапряжений на управляемых вентилях 1-6.

Разделительный конденсатор 8 обеспечивает коммутационные процессы управляемых вентилей 1-6, а также ограничение тока в нагрузке 9 и вентилях 1-6 в рабочем и в аварийных режимах при частичном или глухом (полном) коротком замыкании.

По сравнению с прототипом существенно повышается надежность работы преобразователя частоты. Это достигается снижением уровней перенапряжений на управляемых вентилях, возникающих при их выключении, снижением скоростей нарастания прямого напряжения на управляемых вентилях и прямого тока через них в интервалах коммутаций, снижением уровней электромагнитных помех, возникающих при коммутациях вентилей, ограничением тока через элементы преобразователя частоты в аварийных режимах, ограничением «раскачки» напряжений на элементах при изменении нагрузки в широких пределах, оптимизацией устройства силовой электрической схемы.

По сравнению с прототипом дополнительно повышается коэффициент полезного действия преобразователя частоты за счет уменьшения коммутационных потерь энергии в управляемых вентилях (снижение уровней коммутационных перенапряжений и начальных скоростей нарастания и скоростей спада тока при включениях и выключениях управляемых

вентилей, рекуперация части энергии перенапряжений в нагрузку и источник переменного напряжения питания).

Дополнительно (по сравнению с прототипом) может быть существенно упрощена конструкция энергетической (силовой) части преобразователя частоты и уменьшена его стоимость за счет обеспечения возможности использования управляемых вентилей со сниженными требованиями к их параметрам и более низкой ценой, а также более оптимального устройства силовой электрической схемы.

Claims (1)

1. Согласованный резонансный преобразователь частоты с неявно выраженным звеном постоянного тока, содержащий подключенный к входным выводам преобразователя частоты выводами переменного тока трехфазный мост на управляемых вентилях, выводы постоянного тока которого замкнуты и подключены к выходному выводу преобразователя частоты через последовательно соединенные дроссель насыщения и разделительный конденсатор, второй выходной вывод преобразователя частоты подключен к нулевому выводу корпуса устройства.