Преобразователь частоты Советский патент 1982 года по МПК H02M5/458 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

1

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к тиристорным преобразователям частоты с защитой от сверхтоков.

Известны преобразователи частоты со звеном постоянного тока, в которых защита от сверхтоков осуществляется с помощью устройств принудительного гашения тиристоров управляемого выпрямителя либо посредством ключа постоянного тока на выходе выпрямителя.

Известен преобразователь частоты, содержащий выпрямитель на управляемых вентилях, автономный инвертор с индуктивным фильтром на входе, диод, подключенный параллельно входным зажимам инвертора, и две гасящие цепи, каждая из которых содержит конденсатор с цепью подзаряда, дроссель, тиристор и три разделительных диода 1.

Однако данный преобразователь сложен и не обладает достаточной надежностью вследствие использования управляемого выпрямителя и двух отдельных устройств принуди-тельного гащения анодной и катодной групп вентилей.

Известен также преобразователь частоты, содержащий выпрямитель, автономный инвертор с индуктивным фильтром на входе и гасящую цепь, состоящую из конденсатора с цепью подзаряда, дросселя и тиристора, соединенных последовательно, а также проходной тиристор в цепи постоянного тока, причем гасящая цепь подключена параллельно проходному тиристору 2.

При питании от сети с.заземленной нейтралью данная схема в случае короткого за10мыкания на землю не обеспечивает защиту сети и собственных элементов от сверхтоков.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является преобразователь частоты, содержащий выпря15митель, к выводам постоянного тока которого подключен узел ограничения сетевых перенапряжений, автономный инвертор с индуктивным фильтром на входе, диод, подключенный параллельно входным выводам

20 инвертора, узел гащения, состоящий из конденсатора с цепью подзаряда, дросселя и тиристора, соединенных последовательно, а также проходной тиристор в цепи постоянного тока 3. При аварийном отключении инвертора от выпрямителя в данной схеме происходит запирание проходного тиристора с помощью узла гашения. Однако при питании преобразователя от -сети с заземленной нейтралью короткое замыкание на земле одной из шин выпрямителя приводит к неограниченному нарастанию тока, протекающего через вентильную группу выпрямителя, соединенную с шиной, в которой отсутствует проходной тиристор, на земле непосредственно через упомянутую шину либо через вентили инвертора. Это снижает надежность преобразователя частоты. Целью изобретения является повышение надежности при питании от сети с заземленной нейтралью. Поставленная цель достигается тем, что преобразователь частоты, содержащий выпрямитель, узел ограничения перенапряжений, выполненный в виде последовательно соединенных диода и конденсатора, включенный на выходе выпрямителя, проходной тиристор, включенный последовательно в цепь одного из полюсов постоянного тока выпрямителя, узел гашения, выполненный в виде последовательно соединенных гасящих конденсатора с блоком подзаряда, дросселя и тиристора, автономный инвертор со входным индуктивным фильтром, зашунтированный на входе обратным диодом, и датчик аварийного сигнала, выход которого связан с управляющим переходом гасящего тиристора, снабжен дополнительным проходным тиристором, включенным последовательно в цепь другого полюса постоянного тока выпрямителя, каждый проходной тиристор защунтирован введенным дополнительным обратньш диодом, а узел гашения подключен к входу инвертора. В узле гащения могут быть использованы два гасящих тиристора, между которыми последовательно включен гасящий конденсатор, при этом блок подзаряда выполняется в виде диодно-конденсаторного выпрямителя-умножителя напряжения. Узел гащения может быть также выполнен в виде резисторно-конденсаторного моста с гасящими тиристором и дросселем в диа гонали. Подзаряд гасящего конденсатора можно производить через дополнительный резистор от конденсатора угла ограничения перенапряжении. На фиг. 1 и фиг. 2 показаны варианты принципиальной схемы преобразователя часПреобразователь частоты (фиг. 1) содержит выпрямитель на диодах 1-6, к выводам постоянного тока выпрямителя подключен узел ограничения сетевых перенапряжений, состоящий из диода 7, конденсатора 8 и резистора 9. Автономный инвертор 10 имеет индуктивный фильтр 11, 12 на вхбде и диод 13, подключенный параллельно входу инвертора. На входе инвертора включен также узел гашения, состояш,ий из конденсатора 14 с блоком подзаряда 15, дросселя 16 и тиристора 17. Инвертор связан с выпрямителем через проходные тиристоры 18 и 19, зашунтированные обратными диодами 20 и 21. Датчик аварийного сигнала 22 включен также на входе инвертора. Выход его через формирователь аварийных импульсов 23 связан с управляющим переходом тиристора 17. На фиг. 2 приведен другой вариант схемы преобразователя, не требующий отдельного источника подзаряда конденсатора узел гашения. Узел гащения выполнен в виде .моста, два противоположных плеча которого образованы конденсаторами 14, 24, два других - резисторами 25 и 26, в диагональ включены дроссель 16 и тиристор 17, и параллельно проходным тиристорам 18 и 19 подключены резисторы 27 и 28. В схему может быть дополнительно введен резистор 29, связывающий между собой конденсаторы 8 и 24. При нормальной работе преобразователя (фиг. 1) проходные тиристоры 18, 19 включены и проводят ток, потребляемый инвертором 10, а конденсатор 14 с помощью блока подзаряда 15 заряжен до напряжения, превышающего напряжение выпрямителя. В частности, при использовании в цепи подзаряда 15 диодно-конденсаторного удвоителя напряжения напряжение на конденсаторе 14 вдвое больше выпрямленного напряжения. В случае возникновения аварийной ситуации (например, короткого замыкания шины выпрямителя на землю) на тиристор 17 с формирователя 23 поступает отпирающий испульс. Тиристор 17 включается и через него протекает синусоидальная полуволна тока перезаряда конденсатора 14, которая протекает сначала по контуру дроссель 16 - тиристор 18 - диод 7 - конденсатор 8 и тиристор 19 - тиристор 17, а после спадания тока в тиристорах 18 и 19 до нуля - по контуру дроссель 16 - диод 20 - диод 7 - конденсатор 8 - доод 21 - тиристор 17. Амплитуда.тока перезаряда пропорциональна разности напряжений на конденсаторах 14 и 8 и обратно пропорциональна волновому сопротивлению контура перезаряда. Эти параметры выбираются таким образом, чтобы амплитуда тока в гасящей цепи была заведомо больше максимального тока в шйнах выпрямителя. В течение времени протекания тока по диодам 20 и 21 происходит восстановление запирающей способности проходных тиристоров. После выключения диодов 20 и 21 выпрямитель отключается от инвертора. При этом происходит разряд конденсатора 14 током, проходящим через индуктивный фильтр инвертора 11 и 12. После уменьшения напряжения на конденсаторе 14 до нуля этот ток продолжает протекать через диод 13, медленно уменьшаясь, что предотвращает возникновение перенапряжений на.дросселях 11 и 12. Таким образом, данная схема позволяет с помощью одного узла гашения одновременно отключить от инвертора оба зажима выпрямителя, что исключает развитие сверхтоков при коротком замыкании на землю. Преобразователь, схема которого изображена на фиг. 2 - работает аналогично и отличается выполнением узла гащения. .В нем предварительный подзаряд конденсаторов осуществляется через резисторы 25 - 28. При включении тиристора 17 конденсаторы 14 и 24, каждый из которых заряжен до напряжения выпрямителя, оказываются включенными последовательно в контур гащения проходных тиристоров, причем напряжения на конденсаторах суммируются. Преобразователь не требует высоковольтного источника подзаряда и поэтому более прост и надежен. Введение резистора 29 позволяет уравнять напряжения на конденсатоpax 8 и 24 и избежать уменьшения времени восстановления проходных тиристоров, которое наблюдается при повышении напряжения на конденсаторе 8 вследствие заряда его напряжением пульсаций, возникающих при работе инвертора. В установках индукционного нагрева повыщенной частоты применение такого преобразователя позволяет повысить надежность работы, так как большинство отказов вызывается коротким замыканием индуктора на заземленные металлические части кон-, струкций. Кроме того, преобразоваль имеет повышенную надежность аварийного отключения при срыве инвертирования, так как в нем используются два последовательных ключа в цепи постоянного тока, а напряжения, прикладываемые к каждому из них, вдвое ниже, чем в известном преобразователе.: Формула изобретения 1. Преобразователь частоты, содержащий выпрямитель, узел ограничения перенапряжений, выполненный в виде последовательно соединенных диода и конденсатора, включенный на выходе выпрямителя, проходной тиристор, включенный последовательно в цепь одного из полюсов постоянного тока выпрямителя, узел гащения, выполненный в виде -Гюследовательно соединенных гасящих конденсатора с блоком подзаряда, дросселя и тиристора, автономный инвертор с входным индуктивны.м фильтром, зашунтированный на входе обратным диодом, и датчик аварийного сигнала, выход которого связан с управляющим переходом гасящего тиристора, отличающийся тем, что, с целью повыщенйя надежности при питании от сети с заземленной нейтралью, он снабжен дополнительным проходным тиристором, включенным последовательно в цепь другого полюса постоянного тока выпрямителя, каждый проходной тиристор защунтирован введенным дополнительным обратным диодом, а узел гашения подключен к входу инвертора. 2.Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что в узел гашения введен дополнительный гасящий тиристор, включенный последовательно с гасящим конденсатором, причем гасящий конденсатор включен между двумя Гасящими тиристорами, а блок подразряда выполнен в виде диодно-конденсаторного выпрямителя-умножителя напряжения, вход которого соединен с входом выпрямителя. 3.Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что в узел гашения введены дополнительный конденсатор и два резистора, конденсаторы и дроссели узла гашения образуют мост, в два противолежащих плеча которого включены резисторы, в два других плеча - конденсаторы, а в диагональ - гасящие тиристор и дроссель, причем проходные тиристоры зашунтированы дополнительно введенными резисторами. 4.Преобразователь по п. 3, отличающийся тем, что в него введен дополнительный резистор, включенный между общей точЛ)й диода и конденсатора узла ограничения перенапряжений и общей точкой резистора, тиристора и конденсатора узла гащения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. «Тиристорные преобразователи частоты для индукционного нагрева металлов. Труды УАИ. Вып. 39, Уфа, 1972, с. 108-116. . 2. «Тиристорные преобразователи частоты для индукционного нагрева металлов. Труды УАИ. Вып. XXII, Уфа, 1971, с. 65-81. 3. «Тиристорные преобразователи частоты для индукционного нагрева металлов. - Межвузовский научный сборник.Уфа, 1979, № 9, с. 63-68. ДЗА5А

U

о 7У