Преобразователь частоты и способ управления им
Владельцы патента RU 2562254:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" (RU)
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в вакуумных установках для плавки и термообработки металлов. Технический результат: непрерывный контроль симметрии и величины напряжения вывода индуктора относительно заземленной нейтрали питающей сети, быстрое снижение напряжения на нагрузке при увеличении контролируемого напряжения выше установленного значения, надежное и плавное выключение преобразователя при пробое вывода нагрузки на заземленную нейтраль, повышение электрического КПД индуктора, улучшение формы выходного тока. В преобразователь частоты введен четвертый мост. Нагрузка выполнена из двух параллельно соединенных секций, включенных последовательно между инвертирующими мостами двух параллельных цепей. Рассмотрен способ управления преобразователем частоты. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к устройствам преобразовательной техники и может быть использовано в вакуумных установках для плавки и термообработки металлов.
Известен автономный инвертор с нагрузкой, включенной между двумя последовательно соединенными мостами с встречно-параллельными диодами и коммутирующей LC-цепочкой, параллельно источнику постоянного тока и сглаживающему дросселю присоединена цепочка, содержащая последовательно соединенные конденсатор фильтра и защитный дроссель [патент РФ №2276831, Н02М 7/48, G05F 1/56, опубл. 20.05.2006 г. Бюл. №14].
Недостатками данного устройства является повышенная установленная мощность конденсаторного оборудования, значительное отличие формы выходного переменного тока инвертора от синусоидального.
Известен способ управления преобразователем частоты, в котором первоначально на вход инвертора подают пониженное питающее напряжение и требуемую по условиям инвертирования последовательность импульсов на тиристоры произвольно выбранных пар синфазных плеч мостов, осциллографируют кривые напряжений на коммутирующих конденсаторах и при обнаружении в этих кривых постоянных составляющих напряжений выключают инвертор, изменяют на 180 эл. градусов фазы управляющих импульсов тиристоров каждой пары синфазных плеч одного из двух инверторных мостов и подают полное номинальное напряжение на вход инвертора [патент РФ №2276831, Н02М 7/48, G05F 1/56, опубл. 20.05.2006 г. Бюл. №14].
Недостатками данного способа являются его сложность, а также невысокая надежность.
Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является тиристорный преобразователь частоты, содержащий трансформатор, к зажимам вторичной обмотки которого подсоединены выпрямитель, дроссели фильтра в анодной и катодной цепях выпрямителя, три инвертирующих тиристорных моста с обратными диодами и коммутирующими LC-цепочками в диагоналях, соединенные последовательно через нагрузку [а.с. №478401 (СССР), Н02М 7/52, Н02М 5/42, опубл. 25.07.1975 г. Бюл. №27].
Недостатками данного преобразователя частоты являются низкая надежность и ограниченные функциональные возможности, при использовании его для питания вакуумных установок, из-за повышенного напряжения на нагрузке, приводящего к замыканию (пробою) выводов нагрузки на заземленную нейтраль при питании от промышленной сети, а также несимметричная форма выходного тока.
Задачами, на решение которых направлено заявляемое изобретение, являются расширение функциональных возможностей за счет повышения надежности преобразователя частоты и предотвращения аварийных ситуаций, повышение электрического КПД нагрузки (индуктора) и получение симметричной формы выходного тока.
Технический результат заключается в непрерывном контроле симметрии и величины напряжения вывода индуктора относительно заземленной нейтрали питающей сети (Uвх=250 В, Uвых=351 В, допустимое напряжение при вакууме 0,1÷1,0 Па составляет 400 В), осуществление быстрого снижения напряжения на нагрузке при увеличении контролируемого напряжения выше установленного значения, надежное и плавное выключение преобразователя при пробое вывода нагрузки на заземленную нейтраль, повышение электрического КПД индуктора и улучшение формы выходного тока.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в преобразователь частоты, содержащий трансформатор, к зажимам вторичной обмотки которого подсоединены выпрямитель, дроссели фильтра в анодной и катодной цепях выпрямителя, три инвертирующих тиристорных моста с обратными диодами и коммутирующими LC-цепочками в диагоналях, соединенные последовательно через нагрузку, согласно изобретению введен четвертый мост, и нагрузка выполнена из двух параллельно соединенных секций, которые включены последовательно между инвертирующими мостами двух параллельных цепей.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается также способом управления преобразователем частоты, в котором первоначально на вход инвертора подают пониженное питающее напряжение и требуемую по условиям инвертирования последовательность импульсов на тиристоры произвольно выбранных пар синфазных плеч мостов, осциллографируют кривые напряжений на коммутирующих конденсаторах и при обнаружении в этих кривых постоянных составляющих напряжений выключают инвертор, изменяют на 180 эл. градусов фазы управляющих импульсов тиристоров каждой пары синфазных плеч одного из двух инверторных мостов и подают полное номинальное напряжение на вход инвертора, согласно изобретению при достижении напряжения на нагрузке установленного допустимого значения снижают напряжение питания инвертирующих мостов на 8÷9% путем введения угла β регулирования тиристорами выпрямителя, а при снижении напряжения на нагрузке относительно допустимого значения более 10÷11% восстанавливают угол β=0 эл. градусов.
Кроме того, согласно изобретению при замыкании нагрузки на заземленную нейтраль блокируют импульсы управления инвертирующих мостов и одновременно переводят выпрямитель в инверторный режим с последующим отключением выпрямителя от сети.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где приведена схема преобразователя частоты.
Преобразователь частоты содержит тиристорный выпрямитель 1, питающийся от трехфазной промышленной сети 2 с заземленной нейтралью, параллельно подключенный нулевой диод 3, последовательно подключенный дроссель фильтра 4, выходные выводы которого подключены соответственно к плюсовым и минусовым выводам питания двух параллельных цепей, состоящих из двух последовательно соединенных инвертирующих тиристорных мостов 5-6 и 7-8, через нагрузку 9, состоящую из двух параллельно соединенных секций 10 и 11, параллельно которой подключен компенсирующий конденсатор 12, датчик 13 напряжения вывода индуктора относительно заземленной нейтрали питающей сети, блок контроля и управления выпрямителем и тиристорными инвертирующими мостами 14. Каждый из инвертирующих мостов содержит четыре тиристора 15-18, четыре встречных диода 19-22, коммутирующую LC-цепочку 23-24 в диагонали.
Устройство работает следующим образом. Полярность коммутирующих конденсаторов 24 в начальный момент включения тиристоров 15 и 17 показана на чертеже, где напряжения на указанных конденсаторах в начальный момент складываются. Импульсы управления, поступающие на тиристоры мостов 5, 6, сдвинуты на 180 эл. градусов по выходной частоте по отношению к импульсам управления, поступающим на мосты 7 и 8 синфазно. В результате при включении, например, тиристоров 15, 17 мостов 5, 6 колебательный ток протекает через тиристоры 15, 17 моста 5, секцию 10 нагрузки, встречные диоды 19, 21 моста 8. Одновременно колебательный ток мостов 6, 7 замыкается по цепи: тиристоры 15, 17 моста 6, встречные диоды 19, 21 моста 7, секция 11 нагрузки. В следующий момент включаются тиристоры 16, 18 мостов 7, 8 и встречные диоды 19, 21 мостов 5, 6. Далее процесс повторяется.
Пример конкретной реализации способа
Датчик напряжения 13 осуществляет контроль напряжения на нагрузке 9. При достижении контролируемого напряжения, например, равного Uн=390 В, на нагрузке 9 блок управления и контроля 14 снижает напряжение питания инвертирующих мостов 5-8 на 8-9% путем введения угла (3 регулирования выпрямителя 1, а при снижении напряжения на нагрузке 9 относительно допустимого значения более 10÷11%, восстанавливают угол β=0 эл. градусов, что позволяет исключить вероятность возникновения частичного пробоя, а в случае аварийного режима работы блокируются импульсы управления тиристорными инвертирующими мостами 5-8 и выпрямитель 1 переводится в инверторный режим путем введения соответствующего угла β, что способствует безопасному выключению преобразователя и сохранению всей системы.
Итак, заявленное изобретение позволяет расширить функциональные возможности за счет повышения надежности преобразователя частоты и предотвращения аварийных ситуаций, повысить электрический КПД нагрузки (индуктора), получить симметричную форму выходного тока, осуществить быстрое снижение напряжения на нагрузке при увеличении контролируемого напряжения выше установленного значения, надежно и плавно выключить преобразователь при пробое вывода нагрузки на заземленную нейтраль.
1. Преобразователь частоты, содержащий трансформатор, к зажимам вторичной обмотки которого подсоединены выпрямитель, дроссели фильтра в анодной и катодной цепях выпрямителя, три инвертирующих тиристорных моста с обратными диодами и коммутирующими LC-цепочками в диагоналях, соединенные последовательно через нагрузку, отличающийся тем, что введен четвертый мост, и нагрузка выполнена из двух параллельно соединенных секций, которые включены последовательно между инвертирующими мостами двух параллельных цепей.
2. Способ управления преобразователем частоты, в котором первоначально на вход инвертора подают пониженное питающее напряжение и требуемую по условиям инвертирования последовательность импульсов на тиристоры произвольно выбранных пар синфазных плеч мостов, осциллографируют кривые напряжений на коммутирующих конденсаторах и при обнаружении в этих кривых постоянных составляющих напряжений выключают инвертор, изменяют на 180 эл. градусов фазы управляющих импульсов тиристоров каждой пары синфазных плеч одного из двух инверторных мостов и подают полное номинальное напряжение на вход инвертора, отличающийся тем, что при достижении напряжения на нагрузке установленного допустимого значения, снижают напряжение питания инвертирующих мостов на 8ч9% путем введения угла β регулирования тиристорами выпрямителя, а при снижении напряжения на нагрузке относительно допустимого значения более 10ч11% восстанавливают угол β=0 эл. градусов.
3. Способ управления преобразователем частоты по п. 2, отличающийся тем, что при замыкании нагрузки на заземленную нейтраль блокируют импульсы управления инвертирующих мостов и одновременно переводят выпрямитель в инверторный режим с последующим отключением выпрямителя от сети.
