Полупроводниковый преобразователь переменного трехфазного напряжения в переменное однофазное тройной частоты

 

Преобразователь может быть использован в преобразовательной технике, в частности в качестве источников питания установок индукционного нагрева, электроинструмента повышенной частоты. Устройство содержит три ключа, выполненных каждый на тиристорах со встречно-параллельным соединением, параллельный колебательный контур, блок управления с элементами гальванической развязки в выходных цепях, обеспечивающий формирование коротких импульсов тока, сдвинутых во времени на 1/6 часть периода колебаний напряжения питающей сети. При этом уменьшается количество полупроводниковых приборов и потери энергии. 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится электротехнике, в частности к силовым преобразователям частоты.

Широко известны полупроводниковые преобразователи частоты, содержащие трехфазный выпрямитель, фильтр переменной составляющей тока, автономный инвертор напряжения и колебательный контур коммутации тока через тиристоры инвертора.

Недостатком таких преобразователей является значительное недоиспользование установленной мощности полупроводниковых приборов и реактивных элементов устройств коммутации тока, особенно в преобразователях, предназначенных для питания установок индукционного нагрева для плавки и поверхностной закалки.

Прототипом предлагаемому устройству является резонансный автономный инвертор напряжения [1], в котором в качестве реактивных элементов устройства коммутации используется параллельный контур, образованный индуктором и конденсаторами компенсации реактивной мощности. Однако в состав такого преобразователя входят трехфазный выпрямитель, фильтр переменной составляющей тока на входе и тиристорный мост инвертора и использование такого варианта ограничено диапазоном частот 500 - 20000 Гц.

Технической задачей изобретения является сокращение количества полупроводниковых приборов, обеспечение возможности получения колебаний в диапазоне низких частот и сокращение потерь энергии.

Сущность изобретения.

Поставленная техническая задача достигается тем, что полупроводниковый преобразователь, содержащий ключи, выполненные на тиристорах со встречно-параллельным соединением, параллельный колебательный контур и блок управления с элементами гальванической развязки в выходных цепях, обеспечивающий формирование коротких импульсов, сдвинутых во времени на 1/6 часть периода колебаний напряжения питающей сети, дополнен реактором, подключенным между общей точкой соединения указанных ключей и колебательным контуром; при этом параметры указанного контура должны удовлетворять условию: а индуктивность дополнительного реактора определяется выражением: L_o= T²_и/4²C_к, где f - частота колебаний напряжения питающей сети; L_k, C_k - индуктивность и емкость параллельного колебательного контура; R_н - активное сопротивление нагрузки; L₀ - индуктивность дополнительного реактора; T_и - длительность импульса тока подзаряда колебательного контура, равная (0,1 - 0,2)/3 мсек.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема предлагаемого полупроводникового преобразователя переменного трехфазного напряжения в переменное однофазное тройной частоты; на фиг. 2 даны временные диаграммы напряжений и тока, иллюстрирующие его работу.

Полупроводниковый преобразователь переменного трехфазного напряжения в переменное однофазное содержит три симметричных ключа, выполненных на тиристорах 1-6, конденсатор 7 и реактор 8 колебательного контура, реактор подпитки 9 и блок управления 10. Конденсатор 7 соединен с фазой А через маломощный диод 11 и омический делитель на резисторах 12, 13. Нагрузка преобразователя и реактор 8, контактором 14 подключается параллельно указанному конденсатору.

Управляющие переходы тиристоров 1, 2; 3, 4 и 5, 6 через элементы гальванической развязки, входящие в состав блока управления 10, связаны соответственно с выходами импульсов тока i₁, i₄, i₂, i₅ и i₃, i₆.

В исходном состоянии тиристоры 1-6 выключены, а напряжение на конденсаторе 7 на 10-15% ниже амплитудного значения напряжения на входе А.

В момент времени t₁ (фиг. 2) блок управления 10 формирует импульс тока i₁, который поступает в цепь управляющего перехода тиристора 1 и на вход управления контактора 14.

Отпирание тиристора 1 обеспечивает подзаряд конденсатора 7 импульса тока i_k. Наличие в цепи подзаряда конденсатора 7 реактора 9 обуславливает увеличение напряжения на конденсаторе U до значения, большего амплитуды напряжения U_a на фазе A и в момент времени тиристор 1 выключается. С этого момента напряжение на конденсаторе уменьшается по синусоидальному закону с частотой собственных колебаний, величина которой должна в 3 раза превышать частоту колебаний питающей сети.

В момент времени t₂ импульс тока i₂ поступает в цепь управляющего перехода тиристора 6, отпирание которого обеспечивает подзаряд конденсатора в момент максимума обратной полуволны напряжения U.

В дальнейшем при отпирании тиристоров 3, 2, 5 и 4 электромагнитные процессы в преобразователе будут повторяться.

Таким образом, при работе предлагаемого преобразователя обеспечивается преобразование переменного трехфазного напряжения частотой 50 Гц в переменное однофазное частотой 150 Гц формой, близкой синусоидальной, без промежуточного звена - трехфазного выпрямителя с фильтром переменной составляющей тока на входе инвертора, что обеспечивает снижение массы и стоимости оборудования и габаритов преобразовательной установки. При этом эффективное значение напряжения на выходе практически равно фазному напряжению на входе и обеспечивается распределение нагрузки по трем фазам.

Источники информации
1. А. с. СССР N 1686668, кл. H 02 M 7/523. Резонансный инвертор. /Л.Г. Кощеев//Б.И. N 39, 1991 г.

Формула изобретения

Полупроводниковый преобразователь переменного трехфазного напряжения в переменное однофазное тройной частоты, содержащий три ключа, выполненных каждый на тиристорах со встречно-параллельным их соединением, параллельный колебательный контур и блок управления с элементами гальванической развязки в его выходных цепях, каждая из которых связана с управляющим переходом соответствующего тиристора, при этом блок управления обеспечивает формирование коротких импульсов тока, сдвинутых во времени на 1/6 часть периода колебаний напряжений питающей сети в своих выходных цепях, отличающийся тем, что между общей точкой соединения указанных ключей и параллельным колебательным контуром подключен дополнительный реактор, при этом параметры указанного контура должны удовлетворять условию


а индуктивность дополнительного реактора определяется из условия
L_o= T²_и/4²C_к
где
f - частота колебаний напряжения питающей сети;
L_кC_к - индуктивность и емкость параллельного колебательного контура;
R_н - активное сопротивление нагрузки;
L₀ - индуктивность дополнительного реактора;
T_п - длительность импульсов тока подзаряда параллельного колебательного контура, равная (0,1-0,2)/3 мс.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2