ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ Российский патент 2004 года по МПК H02M5/458 

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

Известен преобразователь частоты, содержащий выпрямитель, входные выводы которого подключены к входным выводам преобразователя частоты, и однофазный мостовой инвертор на транзисторах, выходные выводы которого подключены к выходным выводам преобразователя частоты, дроссель, диод и транзистор, катод диода соединен с коллекторной группой однофазного мостового инвертора на транзисторах, анод диода соединен с анодной группой выпрямителя через дроссель, общая точка соединения диода и дросселя соединена с катодной группой выпрямителя через транзистор (Исследование системы аккумулятор - повышающий напряжение преобразователь - регулируемый электропривод/ Л.А.Шпинглер и др. //Электротехника. - 1998. - N 10. - С.12-15).

Недостатком преобразователя частоты является низкая надежность работы, что обусловлено высокими уровнями коммутационных перенапряжений на элементах при включении и выключении транзистора и диода.

Известен преобразователь частоты, содержащий трехфазный мостовой выпрямитель на диодах, входные выводы которого подключены к входным выводам преобразователя частоты, и однофазный мостовой инвертор на транзисторах с последовательными диодами, выходные выводы которого зашунтированы конденсатором и подключены к выходным выводам преобразователя частоты, дроссель, диод и транзистор, катод диода соединен с коллекторной группой однофазного мостового инвертора на транзисторах с последовательными диодами через дроссель, анод диода соединен с анодной группой трехфазного мостового выпрямителя на диодах через транзистор, анод диода соединен с эмиттерной группой однофазного мостового инвертора на транзисторах с последовательными диодами, катод диода соединен с катодной группой трехфазного мостового выпрямителя на диодах (Ruzsamyi Т., Baesanyi С. Transistorwechelrienter fur Induktiwe Ervarmung//Period. polytechn. Mech. engineering. - 1986. - N 1. - S.99-122).

Недостатком преобразователя частоты является низкая надежность работы, что обусловлено высокими уровнями коммутационных перенапряжений на элементах при включении и выключении транзистора и диода.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является преобразователь частоты (Патент России № 2155433, МКИ H 02 М 5/451. Преобразователь частоты/ Силкин Е.М. - Заявл. 13.04.99, Опубл. 27.08.2000. - Бюлл. - №24), который и рассматривается в качестве прототипа.

Прототип содержит трехфазный мостовой выпрямитель на диодах, входные выводы которого подключены к входным выводам преобразователя частоты, и однофазный мостовой инвертор на транзисторах, выходные выводы которого зашунтированы конденсатором и подключены к выходным выводам преобразователя частоты, дроссель, диод и транзистор, катод диода соединен с коллекторной группой однофазного мостового инвертора на транзисторах через дроссель, анод диода соединен с анодной группой трехфазного мостового выпрямителя на диодах через транзистор, анод диода соединен с эмиттерной группой однофазного мостового инвертора на транзисторах, катод диода соединен с катодной группой трехфазного мостового выпрямителя на диодах.

Недостатком прототипа является низкая надежность работы, что обусловлено высокими уровнями коммутационных перенапряжений на элементах при включении и выключении транзистора и диода, перегрузкой транзисторов однофазного мостового инвертора на транзисторах при выходе из строя индукционного нагревателя.

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

Указанная цель достигается тем, что в преобразователе частоты, содержащем трехфазный мостовой выпрямитель на диодах, входные выводы которого подключены к входным выводам преобразователя частоты, и однофазный мостовой инвертор на транзисторах, выходные выводы которого зашунтированы конденсатором и подключены к выходным выводам преобразователя частоты, дроссель, диод и транзистор, катод диода соединен с коллекторной группой однофазного мостового инвертора на транзисторах через дроссель, анод диода соединен с анодной группой трехфазного мостового выпрямителя на диодах через транзистор, анод диода соединен с эмиттерной группой однофазного мостового инвертора на транзисторах через второй дроссель, катод диода соединен с катодной группой трехфазного мостового выпрямителя на диодах через второй транзистор, транзистор зашунтирован последовательной цепью, содержащей два диода, включенных встречно и соединенных анодами, второй транзистор зашунтирован второй последовательной цепью, содержащей два диода, включенных встречно и соединенных катодами, точка соединения анодов диодов последовательной цепи соединена с точкой соединения катодов диодов второй последовательной цепи через второй конденсатор и резистор.

Существенным отличием, характеризующим изобретение, является повышение надежности работы преобразователя частоты на индукционный нагреватель за счет снижения коммутационных перенапряжений на элементах при включении и выключении транзисторов и диода, исключения перегрузок транзисторов однофазного мостового инвертора на транзисторах при выходе из строя индукционного нагревателя.

Повышение надежности работы 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 принципиальная схема преобразователя частоты.

Преобразователь частоты содержит трехфазный мостовой выпрямитель на шести диодах 1-6, входные выводы которого подключены к входным выводам преобразователя частоты и однофазный мостовой инвертор на четырех транзисторах 7-10, выходные выводы которого зашунтированы конденсатором 11 и подключены к выходным выводам 12 преобразователя частоты, дроссель 13, диод 14 и транзистор 15, катод диода соединен с коллекторной группой однофазного мостового инвертора на транзисторах через дроссель, анод диода соединен с анодной группой трехфазного мостового выпрямителя на диодах через транзистор, анод диода соединен с эмиттерной группой однофазного мостового инвертора на транзисторах через второй дроссель 16, катод диода соединен с катодной группой трехфазного мостового выпрямителя на диодах через второй транзистор 17, транзистор зашунтирован последовательной цепью, содержащей два диода 18, 19, включенных встречно и соединенных анодами, второй транзистор зашунтирован второй последовательной цепью, содержащей два диода 20, 21, включенных встречно и соединенных катодами, точка соединения анодов диодов последовательной цепи соединена с точкой соединения катодов диодов второй последовательной через второй конденсатор 22 и резистор 23.

Преобразователь частоты работает следующим образом. Выпрямитель на диодах 1-6 преобразует переменное напряжение сети в постоянное. Выходное напряжение выпрямителя поступает на вход инвертора через дроссели фильтра 13, 16 и регулирующие транзисторы 15, 17. Транзисторы диагоналей моста инвертора 7, 10 и 8, 9 включаются поочередно. За полный цикл работы транзисторов 7-10 в нагрузке 12 формируется полный период выходного переменного напряжения. Диод 14 выполняет роль демпферного диода и обеспечивает протекание тока дросселей фильтра 13, 16 на интервале выключенного состояния регулирующих транзисторов 15, 17. Регулирование преобразователя частоты осуществляется регулированием интервала проводящего состояния транзисторов 15, 17 на заданном интервале повторяемости. Конденсатор 11 и индукционный нагреватель 12 образуют параллельный колебательный контур высокой добротности. Конденсатор 11 обеспечивает компенсацию реактивной мощности индукционного нагревателя 12. Инвертор преобразователя частоты работает по принципу самовозбуждающегося инвертора. Индуктивность дросселей 13, 16 имеет значительную величину и выбирается из условия сглаживания входного тока инвертора. Второй конденсатор 22 в исходном состоянии заряжен до напряжения на выходе выпрямителя. Величина емкости конденсатора 22 обеспечивает малую величину пульсаций напряжения. При выключении транзисторов 15, 17 из-за разрыва тока через индуктивности соединительных шин напряжение на выходе выпрямителя возрастает. Выходной ток выпрямителя начинает протекать через диоды 18, 20 и конденсатор 22. Напряжение на выходе выпрямителя при этом ограничивается на уровне напряжения на конденсаторе 22. Входной ток инвертора на интервале выключенного состояния транзисторов 15, 17 протекает через диод 14 и поддерживается за счет энергии, накопленной в электромагнитном поле дросселей 13, 16. При включении транзисторов 15, 17 диод 14 в течение незначительного интервала времени проводит ток в обратном направлении. После восстановления вентильных свойств и выключения диода 14 его ток разрывается. За счет индуктивности соединительных шин напряжение на диоде 14 возрастает. Как только напряжение на диоде 14 станет равным напряжению на конденсаторе 22, включаются диоды 19, 21 и рост напряжения прекращается. Энергия, переданная в конденсатор 22 на интервалах коммутации транзисторов 15, 17, рассеивается в резисторе 23.

По сравнению с прототипом повышается надежность работы преобразователя частоты за счет существенного снижения перенапряжений на элементах при коммутациях транзисторов 15, 17 и диода 14. Надежность работы преобразователя частоты на индукционный нагреватель повышается также за счет обеспечения возможности ограничения тока транзисторов 7-10 инверторного моста при выходе из строя индукционного нагревателя. Ток ограничивается дросселями 13, 16. При возрастании тока транзисторов 7-10 сверх допустимой величины выключаются транзисторы 15, 17 и дальнейший рост тока прекращается. Повышение надежности работы преобразователя частоты на индукционный нагреватель оценивается по увеличению времени наработки на отказ. Согласно экспертным оценкам и экспериментальному анализу время наработки на отказ заявляемого преобразователя частоты увеличивается в 2-2,3 раза по сравнению с прототипом.

Кроме того, повышается КПД заявляемого преобразователя частоты за счет снижения электрических потерь в элементах. Может быть уменьшена стоимость преобразователя за счет использования элементов на меньшие токи и напряжения при заданной выходной мощности.

Изобретение (ИЗ) относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника питания для индукционного нагревателя. ИЗ обеспечивает технический результат - повышает надежность работы преобразователя частоты (ПЧ). ИЗ содержит трехфазный мостовой выпрямитель (ВП) на шести диодах (ДИ) 1-6, входные выводы (ВЫ) которого подключены к входным ВЫ ПЧ и однофазный мостовой инвертор (ИН) на четырех транзисторах (ТР) 7-10, выходные ВЫ которого зашунтированы конденсатором (КН) 11 и подключены к выходным ВЫ 12 ПЧ, дроссель (ДР) 13, ДИ 14 и ТР 15, катод ДИ 14 соединен с коллекторной группой (ГР) ИН через ДР 13, анод ДИ 14 соединен с анодной ГР ВП через ТР 15, анод ДИ 14 соединен с эмиттерной ГР ИН через второй ДР 16, катод ДИ 14 соединен с катодной ГР ВП через второй ТР 17, ТР 15 зашунтирован последовательной цепью (ПЦ), содержащей два ДИ 18, 19, включенных встречно и соединенных анодами, второй ТР 17 зашунтирован второй ПЦ, содержащей два ДИ 20, 21, включенных встречно и соединенных катодами, точка соединения анодов ДИ 18, 19 ПЦ соединена с точкой соединения катодов ДИ 20, 21 второй ПЦ через второй КН 22 и резистор 23. 1 ил.

Преобразователь частоты, содержащий трехфазный мостовой выпрямитель на диодах, входные выводы которого подключены к входным выводам преобразователя частоты, и однофазный мостовой инвертор на транзисторах, выходные выводы которого зашунтированы конденсатором и подключены к выходным выводам преобразователя частоты, дроссель, диод и транзистор, катод диода соединен с коллекторной группой однофазного мостового инвертора на транзисторах через дроссель, анод диода соединен с анодной группой трехфазного мостового выпрямителя на диодах через транзистор, отличающийся тем, что анод диода соединен с эмиттерной группой однофазного мостового инвертора на транзисторах через второй дроссель, катод диода соединен с катодной группой трехфазного мостового выпрямителя на диодах через второй транзистор, транзистор зашунтирован последовательной цепью, содержащей два диода, включенных встречно и соединенных анодами, второй транзистор зашунтирован второй последовательной цепью, содержащей два диода, включенных встречно и соединенных катодами, точка соединения анодов диодов последовательной цепи соединена с точкой соединения катодов диодов второй последовательной цепи через второй конденсатор и резистор.