ТИРИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ Российский патент 2010 года по МПК H02M5/45 

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в источниках питания повышенной частоты для индукционного нагрева, формовки металлов и в других электротехнологических установках.

Известен многомостовой автономный резонансный инвертор, состоящий из четного числа мостов с включением нагрузки между положительными выводами питания двух групп мостов, подключенными к источнику питания через две полуобмотки входного дросселя [А.С. СССР № 399038, кл. Н02М 5/42, бюл. № 38, 1973 г.].

Недостатками данного устройства являются: относительно низкая надежность при аварийных режимах из-за протекания токов разряда коммутирующих конденсаторов всех мостов одной из групп через тиристоры одного из мостов другой группы при срыве инвертирования, несмотря на быстрое отключение источника питания, а также из-за высокой скорости нарастания напряжения du_a/dt на тиристорах при рабочих режимах.

Известен автономный резонансный инвертор, состоящий из двух или более мостов, в которых для снижения du_a/dt на тиристорах параллельно коммутирующей индуктивности включены RC-цепочки, состоящие из резисторов, конденсаторов и диодов [А.С. СССР № 705627, кл. Н02М 7/515, бюл. № 47, 1979 г.].

Недостатками данного устройства являются: относительная сложность выполнения и низкая эффективность RC-цепочек при таком включении, а также низкая надежность при срывах инвертирования из-за протекания через тиристоры одного моста тока разряда коммутирующего конденсатора другого моста (мостов).

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является преобразователь частоты, содержащий управляемый выпрямитель, двухмостовой резонансный инвертор и блок гашения тиристоров выпрямителя при срыве инвертирования, включенный между общей точкой двух дополнительных диодов, соединенных встречно-последовательно и общей точкой двух секций входного дросселя [А.С. СССР № 974523, кл. Н02М 5/45, бюл. № 42, 1982 г.].

Недостатками его являются: невысокая надежность при аварийных режимах, несмотря на быстрое отключение выпрямителя, как из-за протекания через аварийные тиристоры тока разряда коммутирующего конденсатора другого моста (мостов), так и тока, обусловленного энергией, накопленной во входном дросселе, а также из-за относительно высокого значения du_a/dt на тиристорах при рабочих режимах работы.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности тиристорного преобразователя частоты за счет ограничения тока через тиристоры при аварийных режимах, упрощения и эффективного снижения du_a/dt на тиристорах в рабочих режимах.

Поставленная задача достигается тем, что в тиристорном преобразователе частоты, содержащем управляемый выпрямитель на тиристорах, многомостовой резонансный инвертор с одним или несколькими входными дросселями, имеющими по две полуобмотки, включенные в цепи постоянного тока соответствующих групп мостов, блок ограничения аварийного тока мостов с гасящим конденсатором, блок заряда гасящего конденсатора, демпфирующие RC-цепи, включенные параллельно коммутирующей индуктивности мостов, а также блоки управления выпрямителем и инвертором, в отличие от прототипа, введены два дополнительных тиристора, соединенных встречно-последовательно и включенных параллельно двум секциям входного дросселя, причем блок ограничения подключен между общей точкой дополнительных тиристоров и минусовым выводом цепи постоянного тока групп мостов.

Кроме того, в отличие от прототипа, демпфирующие RC-цепи мостов могут быть выполнены в виде последовательно соединенных двух звеньев, причем один из выводов этой цепи подключен к общей точке соединения коммутирующих конденсатора и индуктивности, а два других вывода к диагонали переменного тока моста.

На чертеже приведена схема тиристорного преобразователя частоты. Преобразователь частоты содержит резонансный автономный инвертор, состоящий из мостов 1, 2, 3, 4, выполненных на тиристорах 5, 6, 7, 8 и диодах 9, 10, 11, 12. В диагональ каждого моста включены коммутирующие конденсаторы 13 и индуктивности 14. Нагрузка 15 включена между вершинами мостов (групп мостов), причем питание инвертора осуществляется от тиристорного выпрямителя 16 через входной дроссель 17 с двумя секциями. Блок ограничения состоит из индуктивности 18 и конденсатора 19, включенного между общей точкой дополнительных тиристоров 20, 21 и минусовым выводом цепи постоянного тока групп мостов. Заряд конденсатора 19 осуществляется до пуска автономного инвертора от блока заряда 22. Управление выпрямителем 16 осуществляется от блока управления 23. Демпфирующие RC-цепи 24 мостов выполнены в виде последовательно соединенных двух звеньев, причем один из выводов этой цепи подключен к общей точке соединения коммутирующих конденсатора и индуктивности, а два других вывода - к диагонали переменного тока моста.

Работа блока ограничения тиристорного преобразователя частоты (см. чертеж) при срыве инвертирования осуществляется следующим образом.

Например, при срыве работы тиристоров 5, 6 моста 1 блокируются импульсы управления тиристорами выпрямителя (23) и мостов 1, 2, 3, 4, включается тиристор 20 и конденсатор 19 начинает разряжаться навстречу аварийному току, протекающему через тиристоры 5, 6 моста 1. В результате аварийный ток быстро прерывается, запираются тиристоры 5, 6, а разрядный ток конденсатора 19 начинает протекать через встречные диоды 9, 10 моста 1. По мере разряда (перезаряда) конденсатора 19 входной ток дросселя 17 быстро снижается до нуля. Далее под действием суммарного напряжения конденсаторов 19 и 13 мостов 3, 4 происходит колебательный перезаряд этих конденсаторов через блок ограничения аварийного тока мостов, встречные диоды 9, 11 мостов 3, 4, коммутирующие индуктивности 14 и нагрузку 15. После перезаряда конденсаторов 19 и 13 тиристор 20 запирается. При срыве инвертирования в мосте 2 преобразователь работает аналогично описанному, в случае срыва инвертирования в мостах 3 или 4 включается тиристор 19.

Выполнение RC-цепочек (см. чертеж) из двух последовательно-соединенных звеньев с подключением одного из выводов к общей точке соединения коммутирующих конденсатора и индуктивности, а два других - к диагонали переменного тока моста позволяет упростить и более эффективно снижать du_a/dt на тиристорах в рабочих режимах.

Использование: изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в источниках питания повышенной частоты для индукционного нагрева, формовки металлов и в других электротехнологических установках. Технический результат: повышение надежности за счет ограничения тока через тиристоры при аварийных режимах, упрощения и эффективного снижения du_a/dt на тиристорах в рабочих режимах. Сущность изобретения: в тиристорном преобразователе частоты, содержащем управляемый выпрямитель на тиристорах, многомостовой резонансный инвертор с одним или несколькими входными дросселями, имеющими по две полуобмотки, включенные в цепь постоянного тока соответствующих групп мостов, блок ограничения аварийного тока мостов с гасящим конденсатором, блок заряда гасящего конденсатора, демпфирующие RC-цепи мостов, выполненные в виде последовательно соединенных двух звеньев, один из выводов этой цепи подключен к общей точке соединения коммутирующих конденсатора и индуктивности, а два других вывода к диагонали переменного тока моста, а также блоки управления выпрямителем и инвертором, введены два дополнительных тиристора, соединенных встречно-последовательно и включенных параллельно двум секциям входного дросселя, причем блок ограничения подключен между общей точкой дополнительных тиристоров и минусовым выводом цепи постоянного тока групп мостов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Тиристорный преобразователь частоты, содержащий управляемый выпрямитель на тиристорах, многомостовой резонансный инвертор с одним или несколькими входными дросселями, имеющими по две полуобмотки, включенные в цепи постоянного тока соответствующих групп мостов, блок ограничения аварийного тока мостов с гасящим конденсатором, блок заряда гасящего конденсатора, демпфирующие RC-цепи, включенные параллельно коммутирующей индуктивности мостов, а также блоки управления выпрямителем и инвертором, отличающийся тем, что в него введены два дополнительных тиристора, соединенных встречно-последовательно и включенных параллельно двум секциям входного дросселя, причем блок ограничения подключен между общей точкой дополнительных тиристоров и минусовым выводом цепи постоянного тока групп мостов.

2. Тиристорный преобразователь частоты по п.1, отличающийся тем, что демпфирующие RC-цепи мостов выполнены в виде последовательно соединенных двух звеньев, причем один из выводов этой цепи подключен к общей точке соединения коммутирующих конденсатора и индуктивности, а два других вывода - к диагонали переменного тока моста.