Преобразователь трехфазного напряжения в однофазное повышенной частоты Советский патент 1983 года по МПК H02M5/27 

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и предназначено для получения напряжения повышенной частоты, используемого при индукционном нагреве.

Известны преобразователи частоты с однофазным или трехфазным входом и однофазным выходом с циклическим переключением вентилей из инверторного режима в выпрямительный и обратно, содержащие ячейки по числу фаз питанмдего напряжения, четыре вентиля которых включены по схеме выпрямительного моста, в диагональ постоянного тока которого включена обмотка уравнительного реактора, диагональ переменного тока соедийена с выходными шинами преобразователя, а к средней точке обмотки реактора подключена одна из фаз питающей свти.

Этим преобразователям присущи наличие громоздкого реактора, недостаточная Жесткость внешней характеристики при работе в периодическом режиме индукционной печи, большое значение отношения максимального амплитудного тока тиристора к среднему значению.

Известен также трехфазно-однофазный преобразователь частоты для индукционного нагрева, силовая-схема которого представляет собой три четырехвентильных преобразователя, соединенных в треугольник с суммированием выходных напряжений на нагрузочном трансформаторе и подключенных через входные реакторы на трехфазную

10 .

Этот преобразователь характеризуется наличием сложного трансформатора и недостаточной жесткостью внешней характеристики для работы,на пе15риодическую нагрузку.

Известен преобразователь, которыЛ относится к схемам с неявным звеном постоянного тока и содержит подклю20ченные к фазам питающего напряжения блоки с обмотками, соединенными в звезду и расположенными.на .общем для всех блоков магнитопроводе, и с двумя группами включенных .встречно-па25 раллельно тиристоров 3J.

Недостаткё1ми преобразователя являются наличие сложного многообмоточного и громоздкого трансформатора, а также разделенная батарея коммутирую30щих конденсаторов.

Известен также преобразователь, состоящий из трех инверторных блоков, соединенных в треугольник и подключенных через пару встречнопараллельных тиристоров к сети. Выходные обмотки расположены на общем магнитопроводе 4.

Недостатками преобразователя являются наличие сложного трансформатра и разделенная батарея коммутирующих конденсаторов.

Известен преобразователь, которы относится к классу схем с промежуточным звеном переменного тока и предназначен для преобразования напряжения из переменного в постоянное с использованием высокочастотного трансформатора, имеющий значительно меньшие габариты и весСВ.

Недостатком схемы является мягкая внешняя характеристика, так как цепи компенсации реактивной мощности замыкаются на анодных реакторах, индуктивность которых должна быть достаточно большой для обеспечения необходимого угла запирания тиристоров..

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь, трехфазного напряжения в однофазное повышенной частоты,-содержащий три однофазных тиристорных моста, замкнутые выводами постоянного тока на реакторы, срение точки которых образуют входные зажимы преобразователя, а выводы переменного тока подключены к об-t кладкам конденсатора, образующим выходные зажимы преобразователя 6). Недостатком схемы является то, что и в режиме потребления и в режим компенсации реактивной мощности работает полная индуктивность входных реакторов. .

Для улучшения использования тиристоров по току и улучшения гармонического состава потребляемого тока приходится увеличивать индуктивность входных реакторов. Это .обстоятельство не позволяет получить достаточно жесткую внешнюю характеристику преобразователя, необходимую при. работе на нагрузку с резко меняющимися параметрами (например, индукционная печь с периодической загрузкой .деталей, так как для повышения жесткости внешней характеристики необходимо уменьшить индуктивность реакторов, обеспечивающих компенсацию избыточной реактивной мощности конденсаторной батареи.

Цель изобретения - повышение жест кости внешней характеристики преобразователя.

Поставленная цель достигается тем что преобразователь трехфазного напряжения в однофазное повышенной

частоты, содержащий три однофазных тиристорных моста, вьшодами постоянного тока замкнутые на реакторы, средние точки которых образуют его силовые входные выводы, а выводы переменного тока подключены к обкладкам конденсатора, образующим выходные зажимы преобразователя, снабжен шестью дополнительными тиристорами, соединенными последовательно-встречно в кольцо, а каждый реактор снабжен двумя отвод ми, расположенными симметрично относительно средней точки, причем отводы реакторов со стороны катодных групп мостов подключены к .обишм точкам соединения анодов дополнительных тиристоров, а отводы реакторов со стороны анодных групп мостов подключены к точкам соединения катодов дополнительных тиристоров.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого преобразователя трехфазного напряжения в однофазное повышенной частоты; на фиг.2 - вариант распределения управляющих импульсов на основных и дополнительных тиристорах; на фиг.3 - диаграммы некоторых процессов в преобразователе.

Преобразователь содержит три однофазных тиристорных моста 1-12, реакто. Е«л 13 14 и 15, имеющие средние выводы, которые подключены к фазам а,в,с питающего напряжения, и по два отвода , расположенных симметрично относительно средней точки, коммутирующий конденсатор 16 и дополнительные ти-г ристоры 17-22, соединенные встречно в последовательную кольцевую цепочку, причем общие точки анодов соединены с теми отводами реакторов, которые расположены со стороны катодньах групп мостов, а общие точки катодов соединены с теми отводами реакторов, которые расположены со стороны, анодных групп мостов.

Основные тиристоры 1-12 управляются импульсами выходной частоты преобразователя по двухканальной системе, т.е. управляющие импульсы подаются одновременно на все нечетные тиристоры мостов и со сдвигом на половину периода выходной частоты на все четные тиристоры мостов, На дополнительные тиристоры 17,18 и 22 управляющие импульсы подаются с удвоенной выходной частотой преобразователя сериями длительностью в половину периода входной частоты,, притом в течение той половины периода, когда к соответствующему тиристору приложено отрицательное входное напряжение.

Работа схемы осуществляется следующим образом. Принцип действия преобразователя рассмотрим на примере двух мостов, подключенных к фазам айв.

Коммутация тиристоров осуществляется под действием конденсатора 16, который, кроме того, служит источником реактивной мощности для нагрузки.

Входные реакторы обеспечивают необходилФдй угол запирания тиристот ров. В момент подачи управляющих импульсов на все :четныё тиристоры мостов цепь потребления энергии из сети состоит -из фазы а, правой половины реактора 13, тиристора 4, конденратрра 16, нагрузки, тиристора 6, левой половины ре к-тора 14, фазы S . Цепь компенсации реактивной мощности состоит из конденсатора 16, тиристора 2, левой половины реактора 13, дополнительного тиристора 18 части правой половины реактора 15, тиристора 12, конденсатора 16.Кроме того, образуются депи компенсации реактивной мощности через те дополнительные тиристоры, на которые в данный момент подано управлен-ие и напряжение на которых имеет отпиракщую полярность, т.е. в рассматриваемом случае через тиристоры 19 и 20. Подобным -об раз ом работают все три моста схемы, причем электромагнитные процессы в мостах протекают принципиально одинаково/ а напряжения и токи элементов схемы повторяются по кольцевому закону. Модуляция выходного напряжения не превышает пульсации выходного напряжения трехфазного симметричного выпрямителя.

Средством улучшения жесткости вненей характеристики преобразователей частоты является введение в их схему силовых обратных связей, осуществляемых системой, вентилей и дросселей компенсации. При этом происходит кратковременный импульсный отбор реактивной мощности конденсаторной батареи, и баланс мощностей в силовых цепях преобразователя при скачкообразном изменении нагрузки устанавливается автоматически за один интервал работы преобразователя, в давнем случае равный половине периода ввжодной частоты. В предлагаемом преобразователе силовые обратные связи вводятся путем создания цепей компенсации реактивной мощности, состояцщх из шести тиристоров, соединенных последовательно-встречно в кольцо, и отводов реакторов. При этом индуктивность части реактора, работг1хнцей на потребление активной мсхцности, может быть увеличена с целью улучшения коэффициента нелинейных искгикений напряжения питакяцей сети, а индуктивность той части реактора, которая включена в цепь компенсации реактивной мощности, может быть выбрана в зависимости от требуемой жесткости внешней характеристики и

предъявляемых требований по динамике.

На фиг.3 приведены временные диаграммы процессов преобразователя гдеи, - форма напряжен}1я на коммутирующем конденсаторе; - ток pieактора, причем ток компенсации имеет импульсный характер, вследствие чего устраняется влияние инерционности индуктивных элементов преобра0зователя на инерционность системы стабилизации по огибающей переходного процесса.

Предлагаемый преобразователь трехфазного напряжения в однофазное по5вышенной частоты выгодно отличается Ьт прототипа прежде всего более жесткой внешней ха актеристикой, котдрая достигается при лучшем использовании тиристоров по току. Это объясняется тем, что индуктивности реак0торов , входящие в цепи потребления активной мощности и цепи компенсации реактивной мощности, тлеют различные величины. Уменьшение величины индуктивности, за счет которой происходит

5 компенсация избыточной реактивной мощности конденсаторной батареи, сопровождается улучшением динамических характеристик преобразователя, -что особенно важно при работе на резко

0 меняющуюся нагрузку. Увеличение индуктивности, составляющей часть контура потребления активной.мощности, благоприятно сказывается на гармоническом составе потребляе к)го тсжа,

5 что при правильном расчете параметров входных реакторов позволяет обойтись . без дополнительных фильтров. Схема обеспечивает свободный двухсторонний энергообмен между входной и выходной

0 цепями и позволяет работать при индуктивной, активной смешанной нагрузках ; на фиксированных и регулируемых частотах..

Формула изобретения

Преобразователь трехфазного напряжения в однофазное повышенной частоты, содержащий три однофазных тиристорных моста, вывЬдами постоянного тока замкнутые на реакторы, средниеточки которых образуют его силовые входные выводы, а выводы переменного тока подключены к обкладкам конденсатора, образующим выходные зажгаш преобразователя, от л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения жесткости его внешней характеристики, он снаб жен шестью дополнительньвди тиристорами, соединенными последовательйовстречно в кольцо, каждый реактор снабжен двумя отводами, расположенными симметрично от,нс сительно средней точки, причем отводы реакторов со стороны катодных групп мостов подключены к общим точкам соединения анодов дополнительных тиристоров а отводы реакторов со стороны анодных групп мостов подключены к точкам соединения катодов дополнительных тиристоров .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 213164, кл. Н 02 М 5/27, 1963.

)

2.Вопросы преобразования и экономии электроэнергии. Саратов, Приволжское книжное издательство, 1974,

с.81.

3.Авторское свидетельство СССР I 256052, кл. 21 4 14/01, 1966.

4.Преобразователь трехфазного напряжения промышленной частоты в однофазное повышенной частоты. Сб. Материалы У111 научно-технической конференции по вопросам автоматизации производства. Том 1У, Томск, Издательство Томского университета, 1974, с. 52.

5.Патент США 1 3582756, кл. н 02 М 5/16.

6. Гиристорные преобразователи частоты для индукционного нагрева. Межвузовский научный сборник, Уфа,

5 № 7, 1977, с.84.