Преобразователь частоты

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для использования в электроприводах переменного тока и источниках вторичного электропитания. В преобразователе частоты с промежуточным звеном постоянного тока и силовым блоком, представляющим собой мостовую схему на транзисторных ключах, введены защиты этих ключей от выхода из строя при возникновении сквозного тока в плече моста и при переходных процессах выключения преобразователя. Первая из этих защит осуществляется введением последовательно с конденсатором фильтра питания ограничивающего резистора, зашунтированного диодом, вторая - введением сигнала разрешения преобразования с вторичной обмотки сетевого трансформатора. Радиатор с ключевыми транзисторами используется в качестве вертикальной стенки корпуса преобразователя, что улучшает его тепловые характеристики, уменьшает габариты и массу. 1 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для использования в электроприводах переменного тока и источниках вторичного электропитания.

В известных преобразователях /патент Япон. N 4-49348, H 02 M 7/48, "Способ и устройство защиты шим-инвертора от токовой перегрузки", патент США N5175676, H 02 M 7/122, "Усовершенствованная защита от короткого замыкания для преобразователей постоянного тока в переменный"/ для защиты силовых ключей от токовой перегрузки и коротких замыканий используется датчик тока и пороговые устройства, которые либо выключают преобразователь, либо переводят его в режим ограничения тока. Однако в транзисторных силовых ключах в мостовых схемах в связи с высокой скоростью нарастания тока датчики тока и пороговые устройства не обеспечивают защиту от выхода из строя транзисторов одного плеча, если они по каким-либо причинам окажутся одновременно открытыми. Установка в плечи моста ограничивающих резисторов и дросселей снижает КПД и увеличивает габариты.

При включении и выключении преобразователя переходные процессы, происходящие в реактивных элементах, могут вывести силовые ключи из строя. В известном устройстве /заявка N 92014590/07, H 02 M 3/335, Палагутин А.Н. "Однотактный автогенераторный преобразователь напряжения"/ представлена схема, которая задерживает наступление режима преобразования после включения устройства до окончания переходных процессов в питающей цепи. Однако это не исключает выход из строя силовых ключей при включении преобразователя.

В известном устройстве /патент N 2042256, H 02 M 7/00, H 01 L 25/03, Рябовский С. В., Екимов В.В., Трохалин В.П. "Выпрямительный блок"/ предложена конструкция силового блока с улучшенными тепловыми характеристиками за счет крепления радиаторов с силовыми элементами через электроизолирующие теплопроводные прокладки к вертикальным стенкам корпуса. Однако стенки корпуса имеют малую удельную площадь теплоотвода и это приводит к необходимости увеличивать габаритные размеры устройства.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является преобразователь выпрямленного напряжения сети, который содержит сетевой выпрямитель, RC-фильтр, конденсатор которого подключен к входу полумостового транзисторного инвертора, и блок управления, питаемый от отдельного выпрямителя /а.с. N 951600, H 02 M 5/458, H 02 M 7/537 Гальс Б.К., Узберг Н.П., Булык В.М. "Преобразователь выпрямленного напряжения сети"/.

В данном устройстве транзисторы полумостового инвертора открываются поочередно. Однако не исключена вероятность одновременного нахождения в открытом состоянии обоих транзисторов в результате воздействия помехи или при переходных процессах при выключении инвертора, так как в этом случае устройство работает в ненормальном режиме. При нахождении обоих транзисторов полумоста в открытом состоянии ток разряда конденсатора фильтра выводит их из строя.

Заявляемое техническое решение направлено на повышение надежности преобразователя и снижение его габаритов.

Для этого в преобразователе частоты, содержащем сетевой выпрямитель, состоящий из последовательно соединенных трансформатора и диодного моста, П-образный CLC-фильтр, трехфазный инвертор, состоящий из транзисторных ключей включенных по мостовой схеме с обратными диодами, датчики, нагрузку и блок управления и защиты, входы и выходы которого подключены к трехфазному инвертору, последовательно с вторым конденсатором CLC-фильтра включен резистор, зашунтированный диодом, переходящим при разряде конденсатора CLC-фильтра в непроводящее состояние, к части вторичной обмотки трансформатора сетевого выпрямителя подключено пороговое устройство, выход которого подключен к входу разрешения включения преобразования в блоке управления и защиты, а транзисторные ключи инвертора расположены на одной из вертикальных стенок корпуса преобразователя и электроизолированы от нее.

На чертеже представлен предлагаемый преобразователь частоты. Он состоит из трансформатора 1, первичная обмотка которого подключена к питающей сети. К вторичной обмотке 2 подключен выпрямитель 3, нагруженный на П-образный CLC-фильтр 4, состоящий из первого конденсатора 5, дросселя 6 и второго конденсатора 7. Последовательно с конденсатором 7 включен резистор 8, зашунтированный диодом 9. Полярность диода 9 такова, что при разряде конденсатора 7 он запирается.

К выходу фильтра 4 подключен инвертор 10, состоящий из транзисторных силовых ключей, включенных по мостовой схеме. Инвертор содержит также обратные диоды, датчики тока нагрузки и тока потребления /на чертеже не показаны/.

Управление транзисторными силовыми ключами, обеспечение заданных частот, обработку сигналов датчиков осуществляет блок управления и защиты 11, выходы и входы которого связаны с инвертором 10.

К части вторичной обмотки 2 подключено пороговое устройство 12, выход которого подключен к входу разрешения преобразования блока 11.

Нагрузкой 13 инвертора 10 может быть, например, асинхронный двигатель или выпрямитель.

Транзисторные ключи установлены на радиатор и электроизолированы от него. Радиатор используется как одна из вертикальных стенок корпуса.

В процессе работы преобразователя транзисторы в каждом плече моста инвертора 10 открываются поочередно. При этом блок управления 11 обеспечивает открывание одного из транзисторов только тогда, когда второй транзистор закрыт. Однако имеется вероятность того, что при сбое блока управления оба транзистора могут быть на некоторое время одновременно открыты и конденсатор 7 оказывается замкнутым накоротко. В этом случае происходит быстрое нарастание тока в плече. Имеющаяся в блоке управления 11 схема защиты от короткого замыкания имеет некоторую задержку срабатывания и поэтому велика вероятность того, что транзисторы инвертора 10 успеют выйти из строя. Резистор 8 ограничивает ток разряда конденсатора 7 до величины, не вызывающей выхода из строя транзисторов на то время пока не сработает схема защиты от короткого замыкания. Так как время срабатывания защиты обычно составляет единицы и доли микросекунд, то допустимый ток транзистора инвертора 10 оказывается существенно выше номинального и величина резистора 8 такова, что при нормальной работе преобразователя он не влияет на его параметры и потери мощности на нем незначительны. Диод 9 необходим для исключения импульсов перенапряжения, возникающих, например, при быстром снижении скорости двигателя, являющегося нагрузкой преобразователя.

При выключении преобразователя транзисторы инвертора 10 необходимо закрыть раньше, чем напряжение питания уменьшится до величины, при которой происходит сбой управления и защиты. Включение порогового устройства 12 между частью вторичной обмотки трансформатора 1 и входом разрешения преобразований блока 11 позволяет получить минимальное время от момента выключения преобразователя до момента запирания транзисторов.

В отличие от диодов и тиристоров устанавливать транзисторы в мостовой схеме на отдельные радиаторы группами не эффективно. Кроме того, оба транзистора одного плеча желательно располагать на минимально допустимом расстоянии. В настоящее время все большее распространение получают транзисторные модули с электроизолированным корпусом. Поэтому все ключевые транзисторы закреплены на одном радиаторе. Этот радиатор является вертикальной стенкой корпуса. Тем самым обеспечиваются оптимальный теплоотвод и минимальные масса и габариты преобразователя.

Формула изобретения

Преобразователь частоты, содержащий сетевой выпрямитель, состоящий из трансформатора и диодного моста, при этом первичная обмотка трансформатора подключена к сети, а вторичная обмотка через диодный мост, П-образный CLC-фильтр и трехфазный инвертор, состоящий из транзисторных ключей, включенных по мостовой схеме с обратными диодами, и датчиков тока нагрузки и тока потребления, соединена с нагрузкой, а также блок управления и защиты, отличающийся тем, что последовательно с вторым конденсатором CLC-фильтра включен резистор, зашунтированный диодом, переходящим при разряде второго конденсатора CLC-фильтра в непроводящее состояние, а к частям вторичной обмотки трансформатора сетевого выпрямителя подключено пороговое устройство, выход которого подключен к входу разрешения включения преобразования блока управления и защиты, который обеспечивает управление транзисторными ключами и обработку сигналов датчиков тока нагрузки и тока потребления.

РИСУНКИ

Рисунок 1