Преобразователь частоты

 

Использование: изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника питания для установок электросинтеза озона. Сущность изобретения: изобретение расширяет область применения преобразователя частоты. Изобретение содержит трехфазный мостовой выпрямитель (ВП) на тиристорах (ТИ) 1 - 6, подключенных к выходным выводам (ВЫ) преобразователя частоты (ПЧ), и однофазный мостовой автономный инвертор (ИН) на ТИ 7 - 10, соединенный с ВП через дроссель (ДР) фильтра 11, с последовательной цепью (ПЦ) из коммутирующего ДР 12 с отводом и коммутирующего конденсатора (КН) 13 в диагонали переменного тока, с диодом (ДИ) 14, анод (АН) которого соединен с катодной группой (КГ), а катод (КА) - с анодной группой (АГ) моста ИН, ПЦ из второго ДР фильтра 15 и КН 16, включенную между положительным и отрицательным выходными ВЫ ВП, ТИ 17, АН которого подключен к общей точке (ОТ) соединения второго ДР фильтра 15 и КН 16, а КА - к отводу коммутирующего ДР 12, трансформатор (ТР) 18, ПЦ из второго ДИ 19, второго ТИ 20 и второго коммутирующего ДР 21, включенную между АГ моста ИН и ОТ соединения второго ДР фильтра 15 и КН 16, второй коммутирующий КН 22, подключенный между ОТ соединения второго ДИ 19 и второго ТИ 20 и КГ моста ИН, третий ДИ 23, АН которого подключен к отрицательному, а КА к положительному выходному ВЫ ВП. Коммутирующий КН 13 подключен к выходным ВЫ ПЧ через ТР 18. 1 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника питания для установок электросинтеза озона.

Известен преобразователь частоты, содержащий трехфазный мостовой выпрямитель на тиристорах, подключенный к входным выводам преобразователя частоты, и однофазный мостовой автономный инвертор на тиристорах, соединенный с выпрямителем через дроссель фильтра, с коммутирующим конденсатором в диагонали переменного тока, подключенным параллельно выходным выводам преобразователя частоты (Техническое описание ИБЕГ.435523.ТО. Преобразователь частоты тиристорный ТПЧ. Таллинн, изд. ТЭЗ им. М.И. Калинина, 1985).

Недостатком преобразователя частоты является низкая надежность и устойчивость его работы на нагрузку в виде разрядной трубки установки электросинтеза озона в условиях интенсивных электромагнитных помех и отсутствия гальванической развязки преобразователя частоты и нагрузки, так как преобразователь предназначен для работы на индукционный нагреватель.

Известен преобразователь частоты, содержащий трехфазный мостовой выпрямитель на тиристорах, подключенный к входным выводам преобразователя частоты, и однофазный мостовой автономный инвертор на тиристорах, соединенный с выпрямителем через дроссель фильтра, с последовательной цепью из коммутирующего дросселя и коммутирующего конденсатора в диагонали переменного тока, коммутирующий конденсатор шунтирует выходные выводы преобразователя частоты, с диодом, анод которого соединен с катодной группой, а катод с анодной группой моста инвертора (А.с. СССР N 1683150, МКИ Н 02 М 5/45, заявл. 03.03.89).

Недостатком преобразователя частоты является низкая надежность и устойчивость его работы на нагрузку в виде разрядной трубки установки электросинтеза озона в условиях интенсивных электромагнитных помех и отсутствие гальванической развязки преобразователя частоты и нагрузки, так как преобразователь предназначен для работы на индукционный нагреватель.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является преобразователь частоты, содержащий трехфазный мостовой выпрямитель на тиристорах, подключенный к входным выводам преобразователя частоты, и однофазный мостовой автономный инвертор на тиристорах, соединенный с выпрямителем через дроссель фильтра, с последовательной цепью из коммутирующего дросселя с отводом и коммутирующего конденсатора в диагонали переменного тока, коммутирующий конденсатор шунтирует выходные выводы преобразователя частоты, с диодом, анод которого соединен с катодной группой, а катод с анодной группой моста инвертора, последовательную цепь из второго дросселя фильтра и конденсатора, включенную между положительным и отрицательным выходными выводами выпрямителя, тиристор, анод которого подключен к общей точке соединения второго дросселя фильтра и конденсатора, а катод к отводу коммутирующего дросселя (А.с. СССР N 1758802, МКИ Н 02 М 5/45, заявл. 05.06.89). Преобразователь частоты рассматривается в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является низкая надежность и устойчивость его работы на нагрузку в виде разрядной трубки установки электросинтеза озона в условиях интенсивных электромагнитных помех и отсутствие гальванической развязки преобразователя частоты и нагрузки, так как преобразователь предназначен для работы на индукционный нагреватель.

Изобретение направлено на решение задачи расширения области применения преобразователя частоты, что является целью изобретения.

Указанная цель достигается тем, что в преобразователе частоты, содержащем трехфазный мостовой выпрямитель на тиристорах, подключенный к входным выводам преобразователя частоты, и однофазный мостовой автономный инвертор на тиристорах, соединенный с выпрямителем через дроссель фильтра, с последовательной цепью из коммутирующего дросселя с отводом и коммутирующего конденсатора в диагонали переменного тока, с диодом, анод которого соединен с катодной группой, а катод с анодной группой моста инвертора, последовательную цепь из второго дросселя фильтра и конденсатора, включенную между положительным и отрицательным выходными выводами выпрямителя, тиристор, анод которого подключен к общей точке соединения второго дросселя фильтра и конденсатора, а катод к отводу коммутирующего дросселя, коммутирующий конденсатор подключен к выходным выводам преобразователя частоты через трансформатор, введена последовательная цепь из второго диода, анод которого подключен к анодной группе места инвертора, второго тиристора, второго коммутирующего дросселя, второй вывод которого подключен к общей точке соединения второго дросселя фильтра и конденсатора, второй коммутирующий конденсатор, подключенный между общей точкой соединения второго диода и второго тиристора и катодной группой моста инвертора, третий диод, анод которого подключен к отрицательному, а катод к положительному выходному выводу выпрямителя.

Cущественным отличием, характеризующим изобретение, является возможность применения преобразователя частоты для питания разрядной трубки установки электросинтеза озона за счет обеспечения гальванической развязки преобразователя и нагрузки, обеспечения устойчивой и надежной работы в условиях интенсивных электромагнитных помех, ограничения уровней коммутационных перенапряжений и снижения пульсаций выходного напряжения при регулировании, т.е. расширение области применения. Расширение области применения является полученным техническим результатом, обусловленным введением новых элементов и связей, т.е. отличительными признаками. Таким образом, отличительные признаки заявляемого преобразователя частоты являются существенными.

На чертеже приведена принципиальная схема преобразователя частоты.

Преобразователь частоты содержит трехфазный мостовой выпрямитель на тиристорах 1 6, подключенный к входным выводам преобразователя частоты, и однофазный мостовой автономный инвертор на тиристорах 7 10, соединенный с выпрямителем через дроссель фильтра 11, с последовательной цепью из коммутирующего дросселя 12 с отводом и коммутирующего конденсатора 13 в диагонали переменного тока, с диодом 14, анод которого соединен с катодной группой, а катод с анодной группой моста инвертора, последовательную цепь из второго дросселя фильтра 15 и конденсатора 16, включенную между положительным и отрицательным выходными выводами выпрямителя, тиристор 17, анод которого подключен к общей точке соединения второго дросселя фильтра и конденсатора, а катод к отводу коммутирующего дросселя, трансформатор 18, коммутирующий конденсатор подключен к выходным выводам преобразователя частоты через трансформатор, последовательную цепь из второго диода 19, второго тиристора 20 и второго коммутирующего дросселя 21, включенную между анодной группой моста инвертора и общей точкой соединения второго дросселя фильтра и конденсатора, второй коммутирующий конденсатор 22, подключенный между общей точкой соединения второго диода и второго тиристора и катодной группой моста инвертора, третий диод 23, анод которого подключен к отрицательному, а катод к положительному выходному выводу выпрямителя. К выходным выводам преобразователя частоты подключена разрядная трубка 24 установки электросинтеза озона.

Преобразователь частоты работает следующим образом.

При включении выпрямителя конденсатор 16 заряжается через дроссель 15 до величины выпрямленного напряжения. Пуск преобразователя частоты осуществляется одновременной подачей импульсов управления на тиристоры 7, 10 и 17. При этом производится предварительный заряд коммутирующего конденсатора 13 по цепи 16-17-12-13-10-16.

Предварительный заряд конденсатора 13 обеспечивает условия для надежного пуска преобразователя. Далее при работе устройства импульсы управления на тиристор 17 не подаются. Импульсы управления на тиристоры диагоналей моста инвертора 8, 9 и 7, 10 поступают поочередно с частотой, равной выходной частоте преобразователя.

Работа инвертора на периоде выходного напряжения может быть разделена на шесть интервалов. При этом электромагнитные процессы на каждом полупериоде выходного напряжения повторяются. При отпирании тиристоров 7 и 10 (первый интервал) начинается колебательный перезаряд конденсатора 13 по контурам 13-9-7-12-13 и 13-10-8-12-13. Ток тиристоров 7 и 10 нарастает, а ток тиристоров 8 и 9 снижается по колебательному закону. В момент равенства нулю тока тиристоров 8 и 9 они выключаются. Далее (второй интервал) конденсатор 13 продолжает перезаряжаться по цепи 13-10-14-7-12-13. К выключившимся тиристорам 8 9 на интервале проводимости диода 14 прикладывается небольшое отрицательное напряжение, равное сумме падений напряжения на тиристорах 7 и 10 и диоде 14 соответственно, и они восстанавливают свои запирающие свойства.

После перезаряда конденсатора 13 диод 14 выключается. К тиристорам 8 и 9 прикладывается положительное напряжение. Дальнейший перезаряд коммутирующего конденсатора 13 (третий интервал) происходит от источника питания по цепи 13-10-16-15-11-7-12-13. Третий интервал в работе инвертора заканчивается при включении тиристоров 8 и 9. Далее электромагнитные процессы повторяются.

На всех интервалах работы коммутирующий конденсатор 13 разряжается на нагрузку 24. Трансформатор 18 обеспечивает гальваническую развязку и согласование по уровню напряжения преобразователя и нагрузки 24.

Импульсы управления на тиристор 20 подаются одновременно с подачей импульсов управления на тиристоры диагоналей моста инвертора 8, 9 и 7, 10. При этом осуществляется колебательный разряд конденсатора 22 по цепи 22-20-21-16-22. Заряд конденсатора 2 происходит через диод 19 в третьем интервале работы, когда к тиристорам моста инвертора 7 10 прикладывается прямое напряжение. При этом открывается диод 19 и конденсатор 22 подключается параллельно инверторному мосту. Подключение конденсатора 22 к инверторному мосту в интервале приложения и тиристорам 7 10 прямого напряжения обеспечивает демпфирование высокочастотных колебаний в кривой напряжения, обусловленных работой разрядной трубки 24, снижение уровней перенапряжений и электромагнитных помех в системе, а также скорости нарастания прямого напряжения на тиристорах. Разряд конденсатора 22 на конденсатор фильтра 16 позволяет осуществить рекуперацию энергии перенапряжений в источник питания.

Диод 23 выполняет роль нулевого вентиля и обеспечивает снижение пульсаций выпрямленного напряжения при больших углах управления выпрямителем.

Заявляемый преобразователь частоты устойчиво и надежно работает на разрядную трубку установки электросинтеза озона, что обусловлено снижением уровней электромагнитных помех и перенапряжений, скорости нарастания прямого напряжения на тиристорах инвертора и коммутационных потерь.

За счет использования трансформатора обеспечивается гальваническая развязка и согласование по уровню напряжения преобразователя и нагрузки.

Включение в выходную цепь выпрямителя нулевого диода 23 расширяет диапазон регулирования преобразователя частоты и обеспечивает снижение пульсаций выпрямленного напряжения при больших углах управления выпрямителем.

Дополнительно повышается КПД преобразователя частоты за счет рекуперации энергии перенапряжений в источник питания.

Формула изобретения

Преобразователь частоты, содержащий трехфазный мостовой выпрямитель на тиристорах, подключенный к входным выводам преобразователя частоты, и однофазный мостовой автономный инвертор на тиристорах, соединенный с выпрямителем через дроссель фильтра, с последовательной цепью из коммутирующего дросселя с отводом и коммутирующего конденсатора в диагонали переменного тока, с диодом, анод которого соединен с катодной группой, а катод с анодной группой моста инвертора, последовательную цепь из второго дросселя фильтра и конденсатора, включенную между положительным и отрицательным выходными выводами выпрямителя, тиристор, анод которого подключен к общей точке соединения второго дросселя фильтра и конденсатора, а катод к отводу коммутирующего дросселя, отличающийся тем, что коммутирующий конденсатор подключен к выходным выводам преобразователя частоты через трансформатор, введена последовательная цепь из второго диода, анод которого подключен к анодной группе моста инвертора, второго тиристора, второго коммутирующего дросселя, второй вывод которого подключен к общей точке соединения второго дросселя фильтра и конденсатора, второй коммутирующий конденсатор, подключенный между общей точкой соединения второго диода и второго тиристора и катодной группой моста инвертора, третий диод, анод которого подключен к отрицательному, а катод к положительному выходному выводу выпрямителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1