Преобразователь частоты

 

Использование: изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника питания для установок электросинтеза озона. Сущность изобретения: изобретение повышает надежность работы преобразователя частоты (ПЧ).Изобретение содержит подключенный к входным выводам (ВЫ) трехфазный выпрямитель (ВП) на тиристорах (ТИ) 1 - 3, однофазный мостовой инвертор (ИН) на ТИ 4 - 7, катодная группа которого соединена с анодной группой (АГ) ВП, а АГ - с первым ВЫ дросселя фильтра (ДФ) 8, выходные ВЫ ИН подключены к ВЫ первичной обмотки (ОБ) трансформатора 9 и зашунтированы варистором (ВА) 10, ВЫ вторичной ОБ трансформатора 11 подключены к выходным ВЫ ПЧ, диод (ДИ) 12, анод которого подключен к АГ ВП, а катод - к второму ВЫ ДФ 8, конденсаторы (КН) фильтра 13 - 15, соединены в звезду, ВЫ которой подключены к выходным ВЫ ПЧ, а общая точка (ОТ) соединения КН 13 - 15 подключена к ОТ соединения ДИ 12 и ДФ 8, ВА 16, шунтирующий ДИ 12, коммутирующий КН 17, шунтирующий выходные ВЫ ПЧ, блок управления 18, выходные ВЫ которого соединены с управляющими электродами ТИ 1 - 3 и ТИ 4 - 7 ВП и ИН. 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, входные выводы которого подключены к входным выводам преобразователя частоты, дроссель фильтра, однофазный мостовой инвертор на тиристорах, катодная группа которого соединена с анодной группой выпрямителя, а анодная группа с катодной группой выпрямителя через дроссель фильтра, выходные выводы инвертора подключены к выходным выводам преобразователя частоты, блок управления, выходные выводы которого соединены с управляющими электродами тиристоров выпрямителя и инвертора, коммутирующий конденсатор, шунтирующий выходные выводы инвертора (А.с. СССР N 726638, МКИ Н 02 М 5/27. опубл. 05.04.80. Бюл. N 13).

Недостатком преобразователя частоты является низкая надежность работы из-за высокой скорости нарастания тока тиристоров и высоких уровней коммутационных перенапряжений.

Известен преобразователь частоты, содержащий трехфазный мостовой выпрямитель на тиристорах, входные выводы которого подключены к входным выводам преобразователя частоты, первый и второй дроссели фильтра, однофазный мостовой инвертор на тиристорах, катодная группа которого соединена с анодной группой выпрямителя через первый дроссель фильтра, а анодная группа с катодной группой выпрямителя через второй дроссель фильтра, выходные выводы инвертора подключены к выходным выводам преобразователя частоты, блок управления, выходные выводы которого соединены с управляющими электродами тиристоров выпрямителя и инвертора, коммутирующий конденсатор, шунтирующий выходные выводы инвертора (А.с. СССР N 754610, МКИ Н 02 М 5/42.

Недостатком преобразователя частоты является низкая надежность его работы из-за высокой скорости нарастания тока тиристоров и высоких уровней коммутационных перенапряжений.

Известен преобразователь частоты (Пол. реш. по заявке СССР N 5031328, МКИ Н 02 М 5/45. заявл. 23.01.92 Реш. 10.06.92), который и рассматривается в качестве прототипа.

Прототип содержит трехфазный мостовой выпрямитель на тиристорах, входные выводы которого подключены к входным выводам преобразователя частоты, дроссель фильтра, трансформатор, однофазный мостовой инвертор на тиристорах, катодная группа которого соединена с анодной группой выпрямителя, а анодная группа с катодной группой выпрямителя через дроссель фильтра, выходные выводы инвертора подключены к выводам первичной обмотки трансформатора, выводы вторичной обмотки которого соединены с выходными выводами преобразователя частоты, диод, анод которого подключен к анодной группе выпрямителя, а катод к катодной группе выпрямителя, блок управления, выходные выводы которого соединены с управляющими электродами тиристоров выпрямителя и инвертора, коммутирующий конденсатор, шунтирующий выходные выводы инвертора.

Недостатком прототипа является низкая надежность в работе из-за высокой скорости нарастания тока тиристоров инвертора и высоких уровней напряжений и коммутационных перенапряжений в схемах выпрямителя и инвертора.

Изобретение направлено на решение задачи повышения надежности в работе преобразователя частоты, что является целью изобретения.

Повышение надежности в работе преобразователя частоты достигается тем, что в схему преобразователя частоты, содержащего трехфазный выпрямитель на тиристорах, входные выводы которого подключены к входным выводам преобразователя частоты, дроссель фильтра, трансформатор, однофазный мостовой инвертор на тиристорах, катодная группа которого соединена с анодной группой выпрямителя, а анодная группа с первым выводом дросселя фильтра, выходные выводы инвертора подключены к выводам первичной обмотки трансформатора, выводы вторичной обмотки которого соединены с выходными выводами преобразователя частоты, диод, анод которого подключен к анодной группе выпрямителя, а катод - к второму выводу дросселя фильтра, блок управления, выходные выводы которого соединены с управляющими электродами тиристоров выпрямителя и инвертора, коммутирующий конденсатор, введены три конденсатора фильтра, первый и второй варисторы, конденсаторы фильтра соединены в звезду, выводы звезды подключены к входным выводам преобразователя частоты, а общая точка соединения конденсаторов фильтра соединена с общей точкой соединения диода и дросселя фильтра, диод зашунтирован первым варистором, а выходные выводы инвертора - вторым варистором, выходные выводы преобразователя частоты зашунтированы коммутирующим конденсатором.

Существенным отличием преобразователя частоты является высокая надежность его в работе. Это достигается за счет уменьшения скорости нарастания тока тиристоров инвертора при коммутациях, а также снижением уровней напряжений и коммутационных перенапряжений в схемах выпрямителя и инвертора. Снижение скорости нарастания тока тиристоров обусловлено включением в контур коммутации инвертора индуктивностей рассеяния обмоток трансформатора. За счет уменьшения скорости нарастания тока тиристоров уменьшаются уровни коммутационных перенапряжений в схеме инвертора. Ограничение уровней перенапряжений в схемах выпрямителя и инвертора осуществляется также варисторами. Уровень выпрямленного напряжения в заявляемом преобразователе частоты в 1,41 раза ниже, что повышает устойчивость и надежность в работе в условиях интенсивных электромагнитных помех при питании генератора озона. Повышение надежности в работе преобразователя частоты является полученным техническим результатом, обусловленным введением новых элементов и связей, т.е. отличительными признаками. Таким образом, отличительные признаки заявляемого преобразователя частоты являются существенными.

На чертеже приведена схема преобразователя частоты.

Преобразователь частоты содержит подключенный к входным выводам трехфазный выпрямитель на тиристорах 1 3, однофазный мостовой инвертор на тиристорах 4 7, катодная группа которого соединена с анодной группой выпрямителя, а анодная группа с первым выводом дросселя фильтра 8, выходные выводы инвертора подключены к выводам первичной обмотки трансформатора 9 и зашунтированы варистором 10, выводы вторичной обмотки трансформатора 11 подключены к выходным выводам преобразователя частоты, диод 12, анод которого подключен к анодной группе выпрямителя, а катод к второму выводу дросселя фильтра, конденсаторы фильтра 13 15, соединенные в звезду, выводы которой подключены к входным выводам преобразователя частоты, а общая точка соединения конденсаторов фильтра подключена к общей точке соединения диода и дросселя фильтра, варистор 16, шунтирующий диод, коммутирующий конденсатор 17, шунтирующий выходные выводы преобразователя частоты, блок управления 18, выходные выводы которого соединены с управляющими электродами тиристоров выпрямителя и инвертора. К выходным выводам преобразователя частоты подключен генератор озона 19.

Преобразователь частоты работает следующим образом.

Блок управления 18 формирует и подает импульсы управления на тиристоры 1-3 выпрямителя и 4-7 тиристоры инвертора. Тиристоры выпрямителя 1-3 включаются поочередно. При этом ток проводит тиристор выпрямителя, катод которого имеет наиболее отрицательный потенциал относительно потенциала общей точки (искусственная нулевая точка) соединения конденсаторов фильтра 13 15. Тиристоры диагоналей моста инвертора 4, 7 и 5, 6 включаются поочередно с частотой, равной выходной частоте преобразователя. При работе тиристоров 4, 7 или 5, 6 одной из диагоналей моста инвертора формируется первая полуволна выходного тока, а при работе противоположной диагонали вторая полуволна выходного тока. Очередная коммутация тиристоров 4 7 осуществляется за счет энергии, накопленной в электрическом поле коммутирующего конденсатора 17 на предыдущем интервале работы. При этом скорость нарастания тока открывающегося тиристора и спада тока запирающегося тиристора в интервале коммутации ограничивается индуктивностями рассеяния первичной и вторичной обмоток трансформатора 9, 11. Импульс перенапряжения, возникающий при обрыве тока запирающегося тиристора в инверторе, ограничивается варистором 10.

К генератору озона 19 прикладывается переменное напряжение вторичной обмотки трансформатора 11. Индуктивность дросселя фильтра 8 выбирается из условия хорошего сглаживания тока выпрямителя. В результате выходной ток преобразователя частоты на каждом полупериоде имеет форму трапеции, что обусловлено коммутационными процессами в инверторе.

Выходное напряжение выпрямителя в заявляемом преобразователе в 1,41 раза меньше, чем при использовании мостовой схемы. Диод 12 в схеме выпрямителя выполняет роль нулевого вентиля и обеспечивает снижение пульсаций выходного напряжения при больших углах управления. Перенапряжения, возникающие при коммутациях тиристоров выпрямителя 1 3, ограничиваются варистором 16.

Блок управления преобразователя частоты 18 выполняется аналогично блоку управления в преобразователе, выбранном за прототип.

Заявляемый преобразователь частоты имеет более высокую надежность работы в установке электросинтеза озона, что обусловлено низкими скоростями нарастания и спада тока тиристоров инвертора 4 7, малыми коммутационными потерями и перенапряжениями, возникающими при обрыве тока тиристоров 4 7. Эффективное дополнительное ограничение перенапряжений в схемах выпрямителя и инвертора осуществляется варисторами 10 и 16. Работа элементов преобразователя на пониженных напряжениях обеспечивает более высокую помехоустойчивость в условиях интенсивных электромагнитных помех при эксплуатации в составе установки электросинтеза озона. Подключение коммутирующего конденсатора 17 к выходным выводам преобразователя частоты упрощает конструкцию устройства и также повышает надежность его в работе.

Повышение надежности в работе преобразователя частоты оценивается по времени наработки на отказ. Согласно данным опытной эксплуатации время наработки на отказ преобразователя частоты в составе установки электросинтеза озона может быть увеличено в 1,5 1,8 раза.

Формула изобретения

Преобразователь частоты, содержащий трехфазный выпрямитель на тиристорах, входные выводы которого подключены к входным выводам преобразователя частоты, дроссель фильтра, трансформатор, однофазный мостовой инвертор на тиристорах, катодная группа которого соединена с анодной группой выпрямителя, а анодная группа с первым выводом дросселя фильтра, выходные выводы инвертора подключены к выводам первичной обмотки трансформатора, выводы вторичной обмотки которого соединены с выходными выводами преобразователя частоты, диод, анод которого подключен к анодной группе выпрямителя, а катод к второму выводу дросселя фильтра, блок управления, выходные выводы которого соединены с управляющими электродами тиристоров выпрямителя и инвертора, коммутирующий конденсатор, отличающийся тем, что введены три конденсатора фильтра, первый и второй варисторы, конденсаторы фильтра соединены в звезду, выводы звезды подключены к входным выводам преобразователя частоты, а общая точка соединения конденсаторов фильтра соединена с общей точкой соединения диода и дросселя фильтра, диод зашунтирован первым варистором, а выходные выводы инвертора - вторым варистором, выходные выводы преобразователя частоты зашунтированы коммутирующим конденсатором.

РИСУНКИ

Рисунок 1