Статический преобразователь частоты Советский патент 1984 года по МПК H02P13/18 H02M7/515 

Изобретение относится к преобразовательной технике, а точнее к вен тильным преобразователям частоты дл электротехнологии. Оно может исполь зоваться в статических преобразователях частоты, выполненных по схеме двухмостового инвертора с промежуточным звеном постоянного тока, име щих и -образную входную характеристику и обеспечивающих фазоимпульсно регулирование мощности на стороне выходного тока при работе как на ак тивную нагрузку, так и на колебательный контур, применяемый, например, в установках для индукционног нагрева. . Известна схема двухмостового пре образователя частоты с фазовым регулированием. Преобразователь содер жит два параллельно соединенных и подключенных к общей нагрузке инверторных моста, собранных на ячейках со встречно-параллельными вентилями по схеме удвоения частоты задакнций генератор, один выход которого подключен к входам управлени первого инверторного моста, а другой выход через устройство регулируемой Временной задержки - к входа управления второго инверторного мос та. Введение фазового сдвига между импульсами управления инверторных мостов позволяет осуществлять регулирование выходного напряжения преобразователя fl. Недостатками данных преобразователей являются большая установленная мощность элементов коммутирующе го контура и снижение КПД вследстви появления больших по величине токов обмена между инверторными мостами, включаемыми с тем или иным фазовым сдвигом. Известно также последовательное соединение инверторных мостов с пер менным фазовым сдвигом между управляющими импульсами. Преобразователь имеет два инверторных моста со встречно-параллельными диодами, которые соединены параллельно по пос.тоянному току и последовательно по высокой частоте,,Нагрузка, имеющая среднюю точку, включается в цепь удвоения частоты. Между управляющим импульсами инверторных мостов имеет ся фазовый сдвиг, обеспечивающий плавное регулирование напряжения на нагрузке С 2j. К недостаткам указанного преобразователя следует отнести наличие ощутимых по величине токов обмена между инверторными мостами при введе нии фазового сдвига вследствие нерав номерной загрузки этих мостов по мощности. Поскольку переменная составляющая токов обмена мостов может замкнуться только по цепи нагрузки КПД установки снижается не только за счет дополнительных потерь в схеме собственного преобразователя, но и в токоведущих элементах связи между преобразователем и нагрузкой. Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является система параллельно работающих статических преобразователей частоты, содержащая два параллельно соединенных по постоянному току и высокой частоте резонансных инверторных моста, подклю 1енных к питающей лепи постоянного тока через сглаживающий входной реактор, а к нагрузке - через разделительную емкость, задающий генератор, один выход которо1 о соединен с входом управления одного инверторного моста, а второй выход через устройство регулируемой временной задержки - с входом управления другого моста fsj . Введенле угла фазового сдвига. между импульсами управления инверторных мостов меняет эквивалентную нагрузку для каждого моста причем направление этого изменения различно для разных мостов. Наличие U -образной входной характеристики не позволяет перегрузить ни всю систему, ни. каждый из инверторных мостов в отдельности. Харак-тер загрузки мостов по мощности зависит как от собственных параметров схемы, так и .от . параметров нагрузки. Так, например, в случае емкостной реакции нагрузочного контура при введении фазового сдвига напряжение-на выходе преобразователя снижается, опережающий мост переходит в выпрямительный режим, а отстающий мост загружается до минимального уровня. Отсутствие баланса токов, вызнанное разными моментами открытия вентилей в инверторных мостах, приводит к появлению обменного тока между мостами. Наличие тока, достигающе-. го значительной величины з случае выпрямительного режима одного из мостов, приводит к дополнительным потерям электрической энергии в коммутирующих элементах (иддуктивностях и емкостях) преобразователя. Это ведет к снижению КПД преобразователя. Таким образом, недостатками прототипа являются снижение КПД при регулировании из-за неравномерной загрузки инверторных мостов, низкая надежность вследствие неравномерной загрузки инверторных мостов, узкая область эффективного использования таких преобразователей в качестве источников питания нагрузок большой мощности с широко изменяющимися параметрами. Цель изобретения - повышение КПД и над ежности, а таЛже расширение

области применения подобных преобразователей.

Поставленная цель достигается тем, что в статический преобразойатель частоты, содержащий два резонансныхинверторныхмоста, выходы которых объединены и подключены к общей нагрузке, задающий генератор, первый выход которого соединен с входом блока регулируемой временной, задержки., дополнительно введено переключающее устройство, содержащее генератор и сдвоенный селектормультиплексор, причем второй выход задающего генератора и выход блока регулируемой временной задержки соединены с входами переключающего устройства, а выходы последнеГ9 подключены к входам управления инверторных мостов..

Переключающее устройство осуществ ляет переключение входных сигналов через промежутки времени, равные периоду задающей частоты преобразователя. В результате, на каждый из инверторных мостов приходят поочередно опорные импульсы управления с одного из выходов задающего генератора, фаза которых постоянна, и задержанные относительно опорных импул1,сы управления с выхода устройства регулируемой задержки. Величина фазового сдвига обычно опреде- ; ляется цепью обратной связи при стабилизации напряжения на нагрузке или изменяется по заданной программе. В такой системе обеспечивается равномерная загрузка ийверторных мостов по мощности, так как каждый, мост попеременно является то отстающим, то опережакяцим. Ток обмена между мостами в этом случае отсутствует, что и обуславливает повышение КПД преобразователя.

На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого статического преобразователя частоты; на фиг.2 и фиг.З - временные диагра1Л11Ы его работы.

Статический преобразователь частоты содержит два резонансных инверторных моста, собранных на ячейках со встречно-параллельными вентилями 1 и 2, выводы которых подключены к нагрузке 3 и датчику 4 напряжения, Выход датчика 4 напряжения подключен к одному из входов устройства 5 сравнения, на другом входе которого действует напряжение задания О jog. Выход устройства 5 сравнения прироединен к однсялу из входов устройства 6 регулируемой временной задержки, к другому входу которого присоединен первый выход задающего генератора 7. Выход устройства б регулируемой задержки и второй выход задающего, генератора 7 соединены с входами переключающего устройства 8. Выкоды последнего через делители 9 и 10 частоты, формирователи 11-14 импульсов соединены с входами управления инверторных мостов 1 и 2 Переключающее устройство 8 содержит генератор 15, вход которого подключен к третьему выходу задгиощего генератора, и сдвоенный селектормулЕТиплёксор 16, информационные входы D 3, 6 и1)2, I) 7 которого содинены соответственно с выходами задакядего генератора 7 и устройства 6 регулируемой задержки, а адресные входы А и В соединены с пофазными выходами генератора 15. Сдвоенный селектор-мультиплексор выполнен на микросхеме К155КП2.

Устройство работает следующим образом.

Выходные токи инверторных мостов 1 и 2 складываются в нагрузке 3. Сдвигая по фазе моменты включения вентилей мостов, можно плавно изменять суммарный ток нагрузки, а следовательно, регулировать напряжение и мощность, выделяемую в ней.

На входы переключающего устройства 8 поступают две последовательности импульсов (фиг.2): непосредственно с заданнцего генератора 7 опорные, фаза котсфых постоянна Ш3,)6) и с выхода регулируемой задержки 6 - регулируемые импульсы (D2, D7).

Фазовый сдвиг д V регулируемых импульсов относительно опорных изменяется в зависимости от величины нагрузки 3 преобразователя.

Изменение состояния адресных входов А и В мультиплексора 16 соответствует мсялентам переключения опорного и регулируемого каналов и происходит на каждом периоде задающей частоты (Tj), В результате на выходах У1 и У2 переключающего устройства 8 имеются последовательности (фиг,2) с чередованием опорных и регулируемых Импульсов. Далее эти импульсы поступают на делители 9 и 10 частоты. С прямых и инверсных выход делителей 9 и 10, частотЬ) через формирователи 11-14 импульсы подаются на управляющие входы инверторных /мостов 1 и 2, причем с формирователей 11 и 12 управляющие импульсы поступают на диагональные ячейки вентилей инв:ерторного моста 1, а с формирователей 13 и 14 - на диагональные ячеТйки вентилей инверторног моста 2. При таком распределении управлянвдих импульсов каждый мост на каждом периоде задающей частоты попеременно является то отстающим, то опережающим по фазе, т.е. мосты работают в одинаковых условиях.

Таким образом, у предлагаемого статического преобразователя частоТЫ по сравнению с прототипом обеспечивается равномерная загрузка по мощности инверторных мостов только лишь за счет модификации системы управления без каких-либо изменений в силовой схеме. Создание последовательности чередования управлякедих импульсов инверторных мостов приводит к исключению тока обмена между ними при введении фазового сдвига, вследствие чего уменьшаются потери в элементах преобразователя и линии передачи энергии.

На фиг.3 приведены кривые входных токов (мгновенные значения) инверторных мостов, полученные в результате расчетов на математических моделях для прототипа и предлагаемого устройства при фазовом сдвиге ,04 Tj и емкостной расстройке контура нагрузки. Как видно, в известном устройстве опережающий инверторный мост (кривая 6 ) перехо дит в шпрямительный режим и его входной ток отрицателен. Отстающий же инверторный мост (криваяd ) загр(ужен до минимального значения. Суммарный входной ток преобразователя (кривая (5 ) в результате меньше

входного тока отстающего моста, В предлагаемом устройстве в этих же условиях оба моста работают в инверторнсад режиме с практически одинако,выми токами (кривые 3 ,в ).

Инверторные мосты обычно подключаются К цепи постоянного тока (выпрямителю) через входные реакторы. Из приведенных временных диаграмм видно, что потери, например, во входных реакторах в известие устройстве больше, чём в предлагаемом,v так как с точки зрения потерь безразлично в какую сторону протекает ток и, следоваТ|ельно, в известном устройстве потери определяются абсолютной суммой токов (кривые d , $) ,. которые больше суммарного входного тока (кривая 2 ) предлагаемого устройства. Тс1ким образом, можно сделать вывод, что КПД предлагаемого преобразователя вьиае, чем у прототипа.

Обеспечение равнсмерной загрузки по мощности мостов инвертора при сохранении возможности плубокого регулирования выходного напряжения позволяет повысить надежность преобразователя, расширить область его эффективного применения.

СОАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ;ЧАСТОТЫ, содержащий собранных на ячейках со встречно- пара:плельными вентилями резонансных инверторных моста, выходы которых объединены, задающий генератор, один выход которого соединен с входом блока регулируемой временной задержки, о тл. и чающийся тем, что, с целью обеспечения равнсмерной загрузки инверторных мостов по мощности, вторс выход задающего генератора и выход блока регулируемой временной задержки подключены к входам управления инверторных мостов через переключающий блок, обеспечивакиций попеременное чередование ..опорных и регулируеьаах по фазе импульсов управления.