Способ управления преобразователем частоты

Авторы патента:

H02M5/458 - с использованием только полупроводниковых приборов

Владельцы патента RU 2431914:

Силкин Евгений Михайлович (RU)

Изобретение направлено на снижение пульсаций тока в нагрузке преобразователя частоты, обусловленных пульсациями выходного напряжения однофазного выпрямителя. Указанный технический результат достигается тем, что в способе управления преобразователем частоты, содержащем сетевой фильтр, однофазный выпрямитель, кламп, однофазный инвертор на управляемых вентилях, коммутирующий конденсатор и коммутирующий дроссель, образующие с нагрузкой последовательную резонансную схему, формируют и поочередно подают импульсы управления на вентили инвертора, формирующие прямую и обратную полуволны переменного тока в нагрузке, и их включают с частотой, превышающей частоту резонанса последовательной резонансной схемы, измеряют мгновенное напряжение на выходе выпрямителя, регулируют, соответственно, уменьшают и увеличивают, частоту включения вентилей инвертора прямо пропорционально измеренному мгновенному напряжению на выходе выпрямителя. 2 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах управления с транзисторными преобразователями частоты для электротехнологий, а также в электронных пускорегулирующих аппаратах для газоразрядных ламп и драйверах для питания мощных светодиодов.

Известен способ управления преобразователем частоты, содержащим однофазный выпрямитель с емкостным фильтром, однофазный инвертор на управляемых вентилях, дроссель, образующий с нагрузкой последовательную схему, заключающийся в том, что формируют и поочередно подают импульсы управления на вентили инвертора, формирующие прямую и обратную полуволны переменного тока в нагрузке (патент России 2061292, МКИ Н05М 5/44. Способ управления преобразователем частоты / Силкин Е.М. - заявл. 22.09.92. Опубл. 27.05.96. - Бюл. №15).

Недостатком способа управления является высокий уровень пульсаций тока нагрузки преобразователя частоты, обусловленных пульсациями напряжения на выходе выпрямителя.

Известен способ управления преобразователем частоты, содержащем однофазный выпрямитель с емкостным фильтром, однофазный инвертор на управляемых вентилях, коммутирующий конденсатор и коммутирующий дроссель, образующие с нагрузкой последовательную резонансную схему, заключающийся в том, что формируют и поочередно подают импульсы управления на вентили инвертора, формирующие прямую и обратную полуволны переменного тока в нагрузке, и их включают с частотой, близкой к частоте резонанса последовательной резонансной схемы (патент России 2025881, МКИ Н02М 7/538. Преобразователь переменного тока для питания индуктора / Силкин Е.М. и др. - Заявл. 03.09.91. Опубл. 30.12.94. - Бюл. №24).

Известен способ управления преобразователем частоты, содержащим сетевой фильтр, однофазный выпрямитель, однофазный инвертор на управляемых вентилях, коммутирующий конденсатор и коммутирующий дроссель, образующие с нагрузкой последовательную резонансную схему, заключающийся в том, что формируют и поочередно подают импульсы управления на вентили инвертора, формирующие прямую и обратную полуволны переменного тока в нагрузке, и их включают с частотой, близкой к частоте резонанса последовательной резонансной схемы (а.с. СССР 1778896, МКИ Н02М 5/45. Преобразователь частоты / Силкин Е.М. и др. - Заявл. 25.03.91. Опубл. 01.08.92. - Бюл. №44).

Данный способ управления преобразователем частоты является наиболее близким по технической сущности к изобретению и рассматривается в качестве прототипа.

Недостатком способа управления является высокий уровень пульсаций тока нагрузки преобразователя частоты, обусловленных пульсациями напряжения на выходе однофазного выпрямителя.

Изобретение направлено на решение задачи снижения пульсаций тока в нагрузке преобразователя частоты, обусловленных пульсациями выходного напряжения однофазного выпрямителя, что является целью изобретения.

Указанная цель достигается тем, что в способе управления преобразователем частоты, содержащем сетевой фильтр, однофазный выпрямитель, кламп, однофазный инвертор на управляемых вентилях, коммутирующий конденсатор и коммутирующий дроссель, образующие с нагрузкой последовательную резонансную схему, заключающемся в том, что формируют и поочередно подают импульсы управления на вентили инвертора, формирующие прямую и обратную полуволны переменного тока в нагрузке, вентили инвертора включают с частотой, превышающей частоту резонанса последовательной резонансной схемы, измеряют мгновенное напряжение на выходе выпрямителя, регулируют, соответственно, уменьшают и увеличивают, частоту включения вентилей инвертора прямо пропорционально измеренному мгновенному напряжению на выходе выпрямителя.

Существенным отличием, характеризующим изобретение, является снижение пульсаций тока в нагрузке преобразователя, обусловленных пульсациями выходного напряжения однофазного выпрямителя, сглаженных действием клампа. Измерение мгновенного значения напряжения на выходе выпрямителя, регулирование, соответственно, уменьшение и увеличение, частоты включения вентилей инвертора прямо пропорционально измеренному мгновенному напряжению на выходе выпрямителя, работа на частоте, превышающей частоту резонанса последовательной резонансной схемы, позволяют компенсировать зависимость мгновенного тока нагрузки от пульсаций выходного напряжения однофазного выпрямителя.

Снижение пульсаций тока в нагрузке преобразователя, обусловленных пульсациями выходного напряжения однофазного выпрямителя, является полученным техническим результатом, обусловленным новыми действиями и порядком их осуществления в способе управления преобразователя частоты, то есть отличительными признаками. Таким образом, отличительные признаки заявляемого способа управления преобразователем частоты являются существенными.

На фиг.1 приведена схема устройства для реализации способа управления преобразователем частоты, на фиг.2 - временные диаграммы процессов в элементах схемы, поясняющие принцип управления.

Способ управления преобразователем частоты, содержащим сетевой фильтр, однофазный выпрямитель, кламп, однофазный инвертор на управляемых вентилях, коммутирующий конденсатор и коммутирующий дроссель, образующие с нагрузкой последовательную резонансную схему, реализуется следующими действиями. Формируют и поочередно подают импульсы управления на вентили инвертора, формирующие прямую и обратную полуволны переменного тока в нагрузке. Вентили инвертора включают с частотой, превышающей частоту резонанса последовательной резонансной схемы. Измеряют мгновенное напряжение на выходе выпрямителя. Регулируют, соответственно, уменьшают и увеличивают, частоту включения вентилей инвертора прямо пропорционально измеренному мгновенному напряжению на выходе выпрямителя.

Схема устройства для реализации способа управления преобразователем частоты включает сетевой фильтр 1, однофазный выпрямитель 2, кламп 3, однофазный инвертор 4 на управляемых вентилях, коммутирующий конденсатор 5 и коммутирующий дроссель 6, образующие с нагрузкой 7 последовательную резонансную схему, блок управления устройства 8, на вход которого подается напряжение с выхода выпрямителя, а выходы блока управления устройства соединены с управляющими электродами управляемых вентилей инвертора.

Устройство работает следующим образом. Блок управления 8 формирует и поочередно подает импульсы управления на управляемые вентили инвертора 4. Блок управления 8 может быть выполнен на основе любой из известных схем генераторов, управляемых напряжением, и выходных каскадов. Мгновенное напряжение с выхода выпрямителя 2 управляет генератором блока управления 8, в результате чего регулируется, соответственно, уменьшается и увеличивается, частота включения вентилей инвертора 4 прямо пропорционально измеренному мгновенному напряжению на выходе выпрямителя 2. Переменное напряжение питающей сети преобразуется в постоянное выпрямителем 2. Для обеспечения электромагнитной совместимости устройства с питающей сетью служит сетевой фильтр 1. Выпрямленное напряжение с выхода однофазного выпрямителя 2, имеющее высокий уровень пульсации, фильтруется клампом 3. На выходе клампа 3 напряжение также имеет остаточную пульсацию (фиг.2). Кламп выполняется в виде ограничивающего пульсацию напряжения устройства, аналогичного известным (диодно-емкостная или диодно-емкостно-резистивная цепь). Напряжение с выхода клампа 3 поступает на вход инвертора 4 на управляемых вентилях. Вентили инвертора 4 включаются поочередно. За полный цикл работы вентилей, формирующих прямую и обратную полуволны тока в нагрузке 7, формируется полный период выходного переменного тока устройства. Увеличение выходной частоты инвертора 4 относительно частоты резонанса последовательной резонансной схемы (расстройка последовательной схемы), образованной коммутирующим конденсатором 5, коммутирующим дросселем 6 и нагрузкой 7, приводит к снижению уровней напряжения на коммутирующем конденсаторе 5 и тока через нагрузку 7. Это компенсирует увеличение тока через нагрузку 7, обусловленное увеличением напряжения на выходе выпрямителя 2. Уменьшение выходной частоты инвертора 4 относительно частоты резонанса последовательной резонансной схемы (настройка схемы), образованной коммутирующим конденсатором 5, коммутирующим дросселем 6 и нагрузкой 7, приводит к увеличению уровней напряжения на коммутирующем конденсаторе 5 и тока через нагрузку 7. Это компенсирует, соответственно, уменьшение тока через нагрузку 7, обусловленное уменьшением напряжения на выходе выпрямителя 2. Таким образом, регулирование выходной частоты инвертора 4 (частоты включения вентилей) в функции уровня мгновенного выходного напряжения выпрямителя 2 позволяет компенсировать изменение тока нагрузки 7, обусловленное изменением напряжения питания инвертора 4, и снизить пульсации нагрузочного тока. Временные диаграммы фиг.2 иллюстрируют работу устройства и принцип управления преобразователем частоты. На диаграмме фиг.2 представлено мгновенное напряжение на выходе выпрямителя 2, отфильтрованное клампом 3. Напряжение поступает на вход блока управления 8. Аналогично (прямо пропорционально) изменяется и частота включения вентилей инвертора 4.

По сравнению с прототипом использование заявляемого способа управления преобразователем частоты позволяет существенно уменьшить пульсации тока нагрузки, обусловленные пульсацией напряжения на выходе однофазного выпрямителя. Ток через нагрузку стабилизируется за счет соответствующей настройки и расстройки (относительно частоты резонанса) последовательной резонансной схемы. При проектировании, например, системы управления электротехнологической установки такая стабилизация позволяет значительно снизить требования к элементам схемы и, в первую очередь, к силовым вентилям, повысить надежность работы устройства и повторяемость технологических процессов. Применительно к электронным пускорегулирующим аппаратам для разрядных ламп, кроме вышеперечисленного, следует отметить заметное уменьшение пульсаций излучения ламп. Драйверы для питания светодиодов, выполненные с применением заявляемого способа управления, обеспечивают более стабильную работу светодиодных систем.

По сравнению с прототипом пульсации тока нагрузки могут быть снижены на более чем 95% относительно исходных значений без усложнения силовой части преобразовательных устройств.

Способ управления преобразователем частоты, содержащим сетевой фильтр, однофазный выпрямитель, кламп, однофазный инвертор на управляемых вентилях, коммутирующий конденсатор и коммутирующий дроссель, образующие с нагрузкой последовательную резонансную схему, заключающийся в том, что формируют и поочередно подают импульсы управления на вентили инвертора, формирующие прямую и обратную полуволны переменного тока в нагрузке, и их включают с частотой, превышающей частоту резонанса последовательной резонансной схемы, измеряют мгновенное напряжение на выходе выпрямителя, регулируют, соответственно, уменьшают и увеличивают частоту включения вентилей инвертора прямо пропорционально измеренному мгновенному напряжению на выходе выпрямителя.

Парарезонансный способ стабилизации напряжения и защиты разрядно-импульсной установки и устройство для его реализации // 2346379

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при проектировании источников питания разрядно-импульсных электротехнологических установок. .

Многофазная преобразовательная схема с малым содержанием высших гармоник // 2344535

Изобретение относится к области силовой электроники. .

Система согласования мощности для турбинного электродвигателя-генератора (варианты) и способ управления электродвигателем-генератором // 2315413

Трехфазный преобразователь частоты // 2274941

Изобретение относится к электротехнике и предназначается для использования в автономных системах электроснабжения для стабилизации частоты и напряжения генераторов электроэнергии, привод которых имеет нестабильные обороты.

Преобразователь частоты // 2233534

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника питания для индукционного нагревателя. .

Высоковольтный преобразователь напряжения // 2231903

Источник питания (варианты) // 2219646

Преобразователь переменного тока для питания индуктора // 2040105

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

Утроитель частоты с трехфазным входом // 2037258

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в трансформаторах и электродвигателях. .

Однофазный инвертор напряжения (варианты) // 2444111

Частотно-широтно-импульсный регулятор переменного напряжения // 2462804

Изобретение относится к области силовой преобразовательной техники и может использоваться, например, в регуляторах температуры

Обратимый преобразователь частоты // 2534749

Изобретение относится к области электротехники и преобразовательной техники, в частности к обратимым статическим преобразователям электрической энергии, построенным по схеме двухзвенных электрических преобразователей. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей обратимого преобразователя и минимизация числа элементов электрической схемы и, как следствие, повышении надежности работы устройства. Кроме того, предлагаемое устройство обладает достаточной универсальностью и может быть использовано для построения электрических преобразователей частоты в широком диапазоне мощностей как низковольтного, так и высоковольтного применения. Для этого заявленное устройство содержит систему управления, автономный инвертор напряжения, тормозную цепочку, накопительный конденсатор и трехфазный активный преобразователь, состоящий из входного трехфазного дросселя и выпрямителя, реализованного на полупроводниковых элементах, также в схему выпрямителя внесены изменения, связанные с реализацией его выпрямительной части, выполнив ее на тиристорах, и внесены изменения в инверторную часть, установив дополнительные диоды, последовательно и согласовано включенные с транзисторами. Положительный эффект изобретения заключается в том, что благодаря введенным элементам обратимый электрический преобразователь может работать с напряжением в звене постоянного тока ниже уровня напряжения неуправляемого выпрямителя и, как следствие, в расширении его функциональных возможностей и повышении эффективности и надежности работы. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ управления вращающейся электрической машиной // 2547807

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в для управления преобразователем частоты в системе двигателя. Технический результат - уменьшение потерь при коммутации. В способе управления вращающейся электрической машиной, чтобы минимизировать потери при коммутации во вращающейся электрической машине, представлен итерационный способ управления, заранее вычисляющий оптимальные коммутирующие состояния. 5 н. и 16 з.п. ф-лы, 14 ил.

Способ самодиагностики высоковольтного преобразователя частоты // 2548015

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в высоковольтных частотно-регулируемых электроприводах для контроля исправности входного трансформатора и силовых ячеек. Способ самодиагностики высоковольтного преобразователя частоты, содержащего входной трансформатор и включенные в каждую из трех фаз несколько уровней силовых ячеек, каждая из которых содержит выпрямитель на тиристорах и инвертор на IGBT-транзисторах, заключается в том, что система управления проверяет исправность каждой силовой ячейки путем измерения температуры тиристоров, выходного напряжения выпрямителя, температуры IGBT-транзисторов и выходного тока инвертора, причем дополнительно проверяется состояние обмоток входного трансформатора путем измерения температуры, выходного напряжения и тока. Применение способа самодиагностики высоковольтного преобразователя частоты позволит получить технический результат - повысить надежность функционирования электропривода. 3 ил.

Преобразователь частоты // 2557807

Настоящее изобретение относится к области электротехники и силовой электроники, в частности к преобразователям электрической энергии, построенным по схеме двухзвенных электрических преобразователей. Технический результат - повышение энергетической эффективности устройства, уменьшение времени подготовки преобразователя частоты к работе, повышение надежности, а также улучшение эксплуатационных характеристик. Результат достигается тем, что в схему электрического преобразователя добавлены транзистор, диод и дроссель, которые позволили организовать цепь заряда накопительного конденсатора. При этом ограничение и стабилизация тока заряда организованы с использованием полностью управляемого ключевого элемента - транзистора, работающего в режиме широтно-импульсной модуляции. Используя зарядный транзистор с незначительным номинальным током коллектора, можно реализовать систему заряда накопительного конденсатора и систему диагностики звена постоянного тока и инвертора напряжения. Предлагаемое устройство преобразователя частоты позволяет повысить энергетическую эффективность и надежность работы, а также значительно улучшить эксплуатационные характеристики. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Преобразователь частоты // 2559204

Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники, в частности к преобразователям электрической энергии, построенным по схеме двухзвенных электрических преобразователей. Технический результат - повышение энергетической эффективности, уменьшение времени подготовки к работе, повышение надежности, а также улучшение эксплуатационных характеристик. Технический результат достигается тем, что в схему электрического преобразователя добавлен дроссель и зарядно-тормозная цепочка, состоящая из транзистора, двух диодов, тормозного резистора и дополнительного контакта контактора. Новые элементы и связи между ними позволили совместить и реализовать функции заряда накопительного конденсатора и тормозной цепи на одних и тех же элементах электрического преобразователя. При этом ограничение и стабилизация тока заряда и управление током торможения организованы с использованием полностью управляемого ключевого элемента - транзистора зарядно-тормозной цепочки. Предлагаемое устройство преобразователя частоты позволяет повысить энергетическую эффективность и надежность работы, а также значительно улучшить эксплуатационные характеристики. 1 ил.

Электропитание для летательного аппарата // 2564401

Изобретение относится к способу генерации напряжения, осуществляемому генераторным модулем (20) электрической сети (1) летательного аппарата, причем упомянутой электрической сети (1), содержащей линию (3) подачи электропитания, питаемую упомянутым генераторным модулем (20), шину (4) постоянного тока, питаемую от упомянутой линии (3) подачи электропитания через выпрямитель (5) и, по меньшей мере, один электропривод (9), питаемый переменным током от шины (4) постоянного тока через инвертор (8); причем способ генерации содержит этап, на котором подают напряжения (VAC) переменного тока как функцию от устанавливаемого значения напряжения и напряжения, измеренного в упомянутой бортовой сети (1) электропитания. Для получения технического результата - ограничения потерь в инверторе и ограничения его габаритов способ генерации содержит этап, на котором определяют упомянутое устанавливаемое значение напряжения как функцию от рабочего параметра (v9) упомянутого привода (9). 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Преобразователь частоты // 2591054

Настоящее изобретение относится к области электротехники и силовой электроники, в частности к преобразователям электрической энергии, построенным по схеме двухзвенных электрических преобразователей. Техническим результатом изобретения является повышение надежности, упрощение изготовления, монтажа и эксплуатации, снижение веса, габаритов и стоимости преобразователя частоты, а также автоматизация процесса заряда накопительного конденсатора. Кроме того, предлагаемое устройство обладает достаточной универсальностью, позволяющей функционально совместить в одном устройстве зарядную цепь накопительного конденсатора и цепь для гашения энергии торможения двухзвенного электрического преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что в схему преобразователя частоты добавлены новые связи, позволяющие использовать тормозной резистор в качестве зарядного резистора. Положительный эффект предложения заключается в том, что при минимальном количестве элементов обеспечивается улучшение функциональных возможностей изделия, повышение надежности работы, снижается вес, габариты и стоимость, а также автоматизируется процесс заряда накопительного конденсатора статического преобразователя частоты. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Преобразователь частоты // 2591055

Настоящее изобретение относится к области электротехники и преобразовательной техники, в частности к статическим преобразователям электрической энергии, построенным по схеме двухзвенных электрических преобразователей. Техническим результатом изобретения является повышение надежности, упрощение изготовления, монтажа и эксплуатации, снижение веса, габаритов и стоимости преобразователя частоты, а также автоматизация процесса заряда накопительного конденсатора. Предлагаемая схема преобразователя частоты обладает достаточной универсальностью и может быть использована для построения преобразователей частоты в широком диапазоне мощностей. Поставленная цель достигается тем, что в схему электрического преобразователя вместо неуправляемого выпрямительного моста и силового контактора установлен полууправляемый выпрямительный мост и добавлены дополнительные элементы зарядной цепи и элементы автоматизации процесса заряда. Технический результат изобретения заключается в том, что при минимальном количестве элементов обеспечивается улучшение функциональности изделия, повышение надежности работы, снижается вес, габариты и стоимость, а также автоматизируется процесс заряда накопительного конденсатора статического преобразователя частоты. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.