Преобразователь частоты Советский патент 1992 года по МПК H02M5/45 

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

Известен преобразователь частоты, содержащий блок питания и резонансный инвертор, подключенный входными выводами к выходным выводам блока питания и состоящий из первого и второго последовательно соединенных коммутирующих конденсаторов, зашунтированных последовательной цепочкой из первого тиристора, первого и второго коммутирующих дросселей и второго тиристора и подключенных к входным выводам инвертора, общие точки соединения коммутирующих конденсаторов и дросселей подключены к выходным выводам.

Недостатком преобразователя частоты являются высокие массогабаритные показатели, что обусловлено необходимостью увеличения установленной мощности элементов из-за невозможности быстрого отключения инвертора от блока питания при срыве инвертирования.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является преобразователь частоты, содержащий блок питания и резонансный инвертор, подключенный входными выводами к выходным выводам блока питания и состоящий из первого и второго последовательно соединенных тиристоров, зашунтированных конденсатором фильтра и подключенных к входным выводам инвертора, и последовательной

ч ел

00 00

о N

цепочки из коммутирующего дросселя, коммутирующего конденсатора и выходных выводов, шунтирующей второй тиристор.

Недостатком прототипа являются высокие массогабаритные показатели, что обусловлено необходимостью увеличения установленной мощности элементов из-за невозможности быстрого отключения инвертора от блока питания при срыве инвертирования.

Цель изобретения - улучшение массога- баритных показателей преобразователя частоты.

Указанная цель достигается тем, что в преобразователь частоты, содержащий блок питания и резонансный инвертор, подключенный входными выводами к выходным выводам блока питания и состоящий из первого и второго последовательно соединенных тиристоров, зашунтированных конденсатором фильтра и подключенных к входным выводам инвертора, и последовательной цепочки из коммутирующего дросселя, коммутирующего конденсатора и выходных выводов, шунтирующей второй тиристор, блок питания выполнен в виде однофазного диодного моста, последовательно с диодами катодной группы которого включены первый транзистор, первая первичная обмотка первого трансформатора тока, первая первичная обмотка второго трансформатора гока и соответственно второй транзистор, вторая первичная обмотка второго трансформатора тока и вторая первичная обмотка первого трансформатора тока, первичные обмотки трансформаторов тока включены встречно, вторичная обмотка первого трансформатора тока подключена параллельно переходу эмиттер-база первого транзистора, а вторичная обмотка второго трансформатора тока подключена параллельно переходу эмиттер-база второго транзистора, введены две пары встречно-последовательновключенныхстабилитронов, шунтирующих переходы эмиттер-база первого и второго транзисторов соответственно, последовательная цепь из датчика напряжения, нуль-органа, первого формирователя и ключевой схемы, входом подключенная к входным выводам диодного моста, два выходных каскада, первые входы которых соединены с выходом ключевой схемы, последовательная цепь из датчика тока, триггера Шмитта, RS-триггера и второго формирователя, вход которой подключен к катоду второго тиристора, а выход к вторым входам выходных каскадов, причем выход RS-триггера соединен с вторым входом ключевой схемы, а выходы выходных каскадов подключены к базам транзисторов.

На чертеже приведена схема преобразователя частоты.

Преобразователь частоты содержит

блок питания и резонансный инвертор, подключенный входными выводами к выходным выводам блока питания и состоящий из первого 1 и второго 2 последовательно сое0 диненных тиристоров, зашунтированных конденсатором фильтра 3 и подключенных к входным выводам инвертора, и последовательную цепочку из коммутирующего дросселя 4, коммутирующего конденсатора 5 и

5 выходных выводов (нагрузки) 6, шунтирующую второй тиристор, блок питания которого выполнен в виде однофазного моста на диодах 7-10, последовательно с диодами катодной группы которого включены пер0 вый транзистор 11, первая первичная обмотка 12 первого трансформатора тока, первая первичная обмотка 13 второго трансформатора тока и соответственно второй транзистор 14, вторая первичная обмот5 ка 15 второго трансформатора тока и вторая первичная обмотка 16 первого трансформатора тока, первичные обмотки трансформаторов тока включены встречно, вторичная обмотка 17 первого трансформатора тока

0 подключена параллельно переходу эмиттер-база первого транзистора, а вторичная обмотка 18 второго трансформатора тока подключена параллельно переходу эмиттер-база второго транзистора, две пары

5 встречно-последовательно включенных стабилитронов 19-22, шунтирующих переходы эмиттер-база первого и второго транзисторов соответственно, последовательною цепь из датчика напряжения 23. нуль-органа

0 24, первого формирователя 25 и ключевой схемы 26, входом подключенную к входным выводам диодного моста, два выходных каскада 27, 28, первые входы которых соединены с выходом ключевой схемы,

5 последовательную цепь из датчика юка 29. триггера Шмитта 30, RS-триггера 31 и второго формирователя 32, вход которой подключен к катоду второго тиристора, а выход - к вторым входам выходных каскадов. Вы0 ход RS-триггера соединен с вторым входом ключевой схемы, а выходы выходных каскадов подключены к базам транзисторов.

Преобразователь частоты работает следующим образом.

5 Сетевое напряжение поступает на вход диодного моста и датчика напряжения 23. В момент перехода сетевого напряжения через нуль на выходе нуль-органа 24 формируется короткий импульс. Формирователем 25 из импульсов нуль-органа 24 формируется

импульс заданной длительности. Импульсы с выхода формирователя 25 через ключевую схему 26 поступают на входы выходных каскадов 27, 28.

Выходные каскады усиливают исходные импульсы до необходимой амплитуды. Импульсы с выходов выходных каскадов 27, 28 подаются на базы транзисторов 11, 14 и обеспечивают их поочередное отпирание. При отпирании транзисторов 11,14 отпираются диоды соответствующей диагонали моста. В результате через первичные обмотки 12, 13 или 15, 16 трансформаторов тока начинает протекать ток. При этом ток диагонали моста изменяется в соответствии с изменением сетевого напряжения. Рост тока через первичные обмотки 12, 13, 15, 16 трансформаторов тока приводит к пропорциональному возрастанию базового тока соответствующего транзистора 11. 14 (за счет положительной обратной связи).

При смене полярности сетевого напряжения работающий транзистор (11 или 14) выключается и производится включение второго транзистора (14 или 11) по сигналу с выходов выходных каскадов 27. 28. Выпрямленное напряжение с выхода блока питания подается на конденсатор фильтра 3. Отфильтрованное знакопостоянное напряжение с конденсатора 3 прикладывается к цепи из последовательно включенных тиристоров 1, 2. Импульсы управления на тиристоры 1. 2 поступают поочередно. Включение соответствующего тиристора 1 (или 2) обеспечивает формирование полуволны выходного переменного тока в нагрузке 6 за счет колебательного перезаряда коммутирующего конденсатора 5 через коммутирующий дроссель 4 и нагрузку 6.

При срыве инвертирования или недопустимом возрастании тока через тиристоры

I,2 возрастает уровень сигнала на выходе датчика тока 29. Рост сигнала на выходе датчика 29 приводит к срабатыванию триггера Шмитта 30 и переводу RS-триггера 31 в состояние запрета подачи импульсов управления на транзисторы блока питания 11, 14. По сигналу с выхода RS-триггера 31 ключевая схема 26 отключает выход формирователя 25 от выходных каскадов 27, 28, а на выходе второго формирователя 32 формируется импульс, обеспечивающий запирание транзисторов 11, 14.

Работа трансформаторов тока и использование положительной обратной связи обеспечивают управление транзисторами

II,14 с помощью коротких импульсов и пропорциональное изменение коллекторного и базового токов транзисторов, что позволяет снизить мощность управления и

массогабаритные показатели транзисторных ключей и их цепей управления.

Цепи из встречно включенных г.габппиг- ронов 19, 20 и 21, 22 защищают переходы

эмиттер-база транзисторов 11, 14 от перенапряжений. Включение дополнительных обмоток трансформаторов тока в противоположные диагонали диодного моста предотвращает подмагничивание сердечников

0 трансформаторов и позволяет уменьшить их массогабаритные показатели.

По сравнению с прототипом установленная мощность элементов заявляемого преобразователя может быть снижена ори5 ентировочно на 35-40%, что позволяет снизить его вес на 5-7% и габариты преобразователя ориентировочно на 10- 12% (для преобразователей на мощности в единицы киловатт). В заявленном: преобра0 зователе частоты за счет обеспечения возможности быстрого отключения в аварийных ситуациях элементы силовой части рассчитываются на токи, близкие к номинальным. Отсутствие возможности

5 оперативного отключения требует установки элементов, рассчитанных на токи, существенно превышающие номинальные.

По сравнению с прототипом заявляемый преобразователь частоты имеет более

0 высокую надежность работы.

Формула изобретения Преобразователь частоты, содержащий блок питания и резонансный инвертор, подключенный входными выводами к выход5 ным выводам блока питания и состоящий из первого и второго последовательно соединенных тиристоров, зашунтированных конденсатором фильтра и подключенных к входным выводам инвертора, и последова0 тельной цепочки из коммутирующего дросселя, коммутирующего конденсатора и выходных выводов, шунтирующей второй тиристор, отличающийся тем, что, с целью улучшения массогабаритных показа5 телей, блок питания выполнен в виде однофазного диодного моста, последовательно с диодами катодной группы которого включены первый транзистор, первая первичная обмотка первого трансформатора тока, пер0 вая первичная обмотка второго трансформатор тока и соответственно второй транзистор, вторая первичная обмотка второго трансформатора тока и вторая первичная обмотка первого трансформатора тока,

5 первичные обмотки трансформаторов тока включены встречно, вторичная обмотка первого трансформатора тока подключена параллельно переходу эмиттер-база первого транзистора, а вторичная обмотка второго трансформатора тока подключена параллельно переходу эмиттер-база второго транзистора, введены две пары встречно- последовательно включенных стабилитронов, шунтирующих переходы эмиттер-база первого и второго транзисторов соответственно, последовательная цепь из датчика напряжения, нуль-органа, первого формирователя и ключевой схе- Хш, входом подключенная к входным выводам диодного моста, два выходных

каскада, первые входы которых соединены с выходом ключевой схемы, последовательная цепь из датчика тока, триггера Шмитта, RS-триггера и второго формирователя, вход которой подключен к катоду второго тиристора, а выход к вторым входам выходных каскадов, причем выход RS-триггера соединен с вторым входом ключевой схемы, а выходы выходных каскадов подключены к базам транзисторов.

Использование: в качестве источника питания для установок индукционного нагрева. Сущность изобретения: устр-во содержит тиристоры с коммутирующими конденсатором и дросселем. Последовательно с диодами катодной группы диодного моста включены первый и второй транзисторы. Первые первичные обмотки соответственно первого и второго трансформаторов тока включены встречно. Вторые их вторичные обмотки также включены встречно. При срыве инвертирования возрастает сигнал на выходе датчика тока. При этом происходит изменение уровня напряжения на выходе триггера Шмитта, что приводит к появлению на выходе RS-триггера сигнала запрета. Ключевая схема отключает выход формирователя входов выходных каскадов, а на выходе второго формирователя формируется импульс, поступающий на вторые входы выходных каскадов. По сигналам с их выхода происходит запирание работающего транзистора. 1 ил. со с