Преобразователь частоты Советский патент 1982 года по МПК H02M7/515 

1

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике, может использоваться для питания активно-индуктивной нагрузки и нагрузки, включающей индуктивность, активное сопротивление и ЭДС и кроме того, может найти применение в электротехнологии, электроприводе и других областях.

Известны преобразователи частоты, принцип действия которых основан на дозированной передаче энергии от источника питания в нагрузку через конденсатор, включенный в диагональ переменного тока однофазного тиристорного моста. Смена полярности тока в таких преобразователях обеспечивается при помощи отдельного реверсора, выполненного на тиристорах. Переход к режиму рекуперации энергии осуществляется при помощи дополнительного тиристорного узла коммутации либо тиристорного моста, подключенного на входе преобразователя 1 и 2.

Недостатками указанных преобразователей является их низкий КПД, что объясняется значительным количеством силовых вентилей, включенных последовательно по цепи тока нагрузки, а также ограниченный

диапазон регулирования тока (напряжения) что вызвано сильной зависимостью частоты модуляции преобразователя от тока нагрузки.

Наиболее близким к изобретению является преобразователь частоты, содержащий первый однофазный тиристорный мост с конденсатором в диагонали переменного тока, подсоединенный между положительным входным выводом и первым выходным выводом,

10 второй однофазный тиристорный мост с конденсатором в диагонали переменного тока, подсоединенный между первым выходным выводом и отрицательным входом выводом, первую пару тиристоров, каждый из которых соединяет соответствующую обкладку

15 конденсатора первого упомянутого тиристорного моста с вторым выходным выводом, вторую пару тиристоров, каждый из которых соединяет второй выходной вывод с соответствующей обкладкой конденсатора

20 второго упомянутого тиристорного моста, третью пару тиристоров, соединяющих выходные выводы с отрицательным входным выводом, и четыре обратных вентиля, соединяющих выходные выводы с входными 3

Недостатками известного преобразователя являются его высокая стоимость, что объясняется наличием значительного количества тиристоров, а также ограниченный дианазон регулирования выходного тока.

Цель изобретения - уменьшение стоимости и расширение диапазона регулирования преобразователя.

X Поставленная цель достигается тем, что известный преобразователь частоты содержаший тиристорный мост с конденсатором в диагонали переменного тока, диагональ постоянного тока которого подключена к входным выводам через первый тиристор в непроводяшем направлении, причем обкладки конденсатора через первую пару тиристоров в проводяшем направлении и последовательно соединенный с ними второй тиристор в непроводяшем направлении соединены с отрицательным входным выводом, а выходные выводы преобразователя соединены с положительным входным выводом через пару в проводяшем направлении и с отрицательным входным выводом через вторую пару тиристоров, снабжен двумя цепочками из последовательно соединенных дополнительных тиристоров и дросселей включенными встречно-параллельно между выходными выводами преобразователя, причем точка соединения дросселей и дополнительных тиристоров цепочек подключены соответственно к точке объединения катода первого тиристора с катодами тиристорного моста и к точке объединения катодов первой пары тиристоров и катода второго тиристора.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема преобразователя; на фиг. 16 - то же, дополнительные дроссели отсутствуют; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняюшие работу преобразователя.

Преобразователь частоты содержит мост на тиристорах с конденсатором 5 в диагонали переменного тока, подключенный между положительным входным выводом и первым выходным выводом, тиристоры 6 и 7, соединяюшие конденсатор 5 с вторым выходным выводом тиристоры 8 и 9, соединяющие выходные выводы с отрицательным входным выводом, обратные вентили 10 и Г1, диоды 12 и 13, подключенные между выходными выводами и положительным входным выводом, тиристор 14, соединяющий второй выходной вывод с общими катодами тиристоров 2 и 4, тиристор 15, включенный между первым выходным выводом и катодами тиристоров 6 и 7, нагрузку 16, дроссель 17, подключенный между первым выходным выводом и катодом тиристора 10, дроссель 18, подсоединенный между вторым выходным выводом и катодом тиристора 11.

Преобразователь работает по принципу оДнопозиционного слежения за задающим сигналом ij . Допустим к моменту t, конденсатор заряжен до напряжения источника питания с полярностью, указанной на фиг. 1,

а. В момент i включаются тиристоры 1, 2 и 9. При этом конденсатор 5 начинает перезаряжаться током нагрузки 1„ и током, протекающим через диод 12 1д . В момент tj ток дросселя 17 1др становится равным току

нагрузкп if, и конденсатор 5 продолжает перезаряжаться по контуру: плюс источника питания -1-5-2-17-16-9- минус источника питания. В момент t. напряжение на конденсаторе 5 достигает величины напряжения источника питания, перезаряд кбн денсатора заканчивается, открывается тиристор 14 и ток нагрузки, замыкаясь через него, начинает уменьшаться. В момент i ток нагрузки i сравнивается по величине с задающим сигналом i и включаются тиристоры 3, 4 и 9. Тиристор 14 попадает под обратное напряжение и запирается. Конденсатор 5 вновь начинается перезаряжаться суммарным током нагрузки и диода 12 и процесс повторяется. Так формируется нарастающая часть синусоиды токанагрузки.

° Процессы, протекаюшие на .спадающем участке синусоиды, характеризуются рекуперацией энергии, накопленной в нагрузке. Переход к режиму рекуперации начинается с момента, когда производная задающего

5 сигнала становится отрицательной 0. В момент t включается очередная пара тиристоров (1 и 2 либо 3 и 4). Тиристор 14 попадает под обратное напряжение и запирается. Ток нагрузки замыкается через включившиеся тиристоры и диод 13. Кроме

того происходит перезаряд конденсатора 5 помимо тока нагрузки током, протекающим через диод 12, поэтому выходное напряжение на этом этапе равно нулю. В тот момент когда напряжение на конденсаторе 5 становится равным по величине напряжению питания, открывается тиристор 10 и ток нагрузки начинает протекать по контуру: минус источника питания -10-17-16-13- плюс источника питания. Происходит возврат энергии, накопленной в нагрузке, в

0 источник питания. В этом режиме преобразователь работает вплоть до того момента, когда ток нагрузки становится равным нулю. Формирование отрицательной полуволны синусоиды начинается с момента . Интервал времени, представляется для восстановления управляющих свойств тиристоров, проводящих последними при формировании положительной полуволны тока.

Отрицательная полуволна формируется следующим образом. На нарастающей части синусоиды перезаряд конденсатора 5 осуществляется путем поочередного включения тиристоров 1, 7, 8 и 3, 6, 7, свободное снабжение тока происходит при отпирании ти ристора 15. При формировании с падающего участка перезаряд конденсатора обеспечивается путем поочередного включения тиристоров 1, 7 и 3, 6. Протекание тока навстречу источнику питания осуществляется через вентили 11 и 12. Анализ работы преобразователя (фиг. 1 а показывает, что наличие дополнительного контура перезаряда повышает частоту модуляции преобразователя в режиме малых токов. При этом в отличие от известного преобразователя выходное напряжение всегда ограничено на уровне напряжения питания. Увеличение частоты модуляции преобразователя, а также ограничение выходного напряжения на уровне напряжения питания приводит к улучшению формы кривой выходного тока во всех режимах, в том числе и в режиме малой нагрузки, что расширяет диапазон регулирования преобразователя. Преобразователь (фиг. 1, а) в отличие от известного содержит меньшее количество тиристоров, что по предварительным расчетам примерно в 1,5 раза уменьшает его стоимость. При ограниченном диапазоне изменения токов нагрузки может применяться преобразователь (фиг. 1,6), в котором отсутствуют дополнительные дроссели. Формула изобретения Преобразователь частоты, содержаший тиристорный мост с конденсатором в диагонали переменного тока, диагональ постоянного тока которого подключена к входным выводам через первый тиристор в непроводящем направлении, причем обкладки конденсатора через первую пару тиристоров в проводящем направлении и последовательно соединенный с ними второй тиристор в непроводящем направлении соединены с отрицательным входным выводом, а выходные выводы преобразователя соединены с положительным входным выводом через пару вентилей в проводящем направлении с отрицательным входным выводом через вторую пару тиристоров, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных свойств, путем расширения диапазона регулирования преобразователя и уменьшения его стоимости, он снабжен двумя цепочками из последовательно соединенных дополнительных тиристоров и дросселей, включенными встречно-параллельно между выходными выводами преобразователя, причем точки соединения дросселей и дополнительных тиристоров цепочек подключень соответственно к точке объединения катода первого тиристора с катодами тиристорного моста и к точке объединения катодов первой пары тиристоров и катода второго тиристора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 474088, кл. Н 02 М 7/515, 1975. 2.Авторское свидетельство СССР № 600678 кл. Н 02 М 7/757, 1978. 3.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2758821/24-07, кл. Н 02 М 7/515, 1976.

f

:s

ft