Преобразователь частоты со звеном постоянного тока

 

Использование: в качестве источника питания для установок электросинтеза озона. Сущность изобретения: устройство содержит выпрямитель 1 и инвертор 2 с нагрузочным контуром. Система импульсно-фазового управления 7 выпрямителем соединена с управляющим блоком 18, подключенным через триггер 20 и пороговому элементу 21, соединенному с источником 9 задающих напряжений. Задающий генератор 14 через распределитель 15 импульсов соединен с первым блоком 16 выходных каскадов. К регулятору 8 подключены источник 9, фильтр 5, элемент 21, блок 18 и фильтр 17. В преобразователе снижено влияние помех в канале обратной связи. 1 ил.

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

Известен преобразователь частоты со звеном постоянного тока, содержащий трехфазный мостовой управляемый выпрямитель и однофазный мостовой инвертор с нагрузочным контуром в диагонали переменного тока, содержащим коммутирующий конденсатор, а также датчик выходного тока, систему импульсно-фазового управления выпрямителем, ограничитель по амплитуде сигнала датчика выходного тока, источник задающих напряжений [1].

Недостатком преобразователя частоты со звеном постоянного тока является невозможность его применения для питания нагрузки с емкостной реакцией, например разрядной трубки установки электросинтеза озона.

Известен преобразователь частоты со звеном постоянного тока [2], содержащий трехфазный мостовой управляемый выпрямитель и однофазный мостовой инвертор с нагрузочным контуром в диагонали переменного тока, содержащим коммутирующий конденсатор, а также датчик выпрямленного тока с фильтром, датчик переменного напряжения, датчик выпрямленного напряжения, систему импульсно-фазового управления выпрямителем, систему импульсно-фазового управления инвертором, первый и второй интегральные регуляторы, пропорционально-интегральный регулятор, источник задающих напряжений, выход датчика переменного напряжения соединен с первым входом первого интегрального регулятора, содержащего узел ограничения выходного сигнала, второй вход которого подключен к выходу источника задающих напряжений, а выход - к первому входу пропорционально-интегрального регулятора, к второму входу которого присоединен фильтр датчика выпрямленного тока, выход датчика выпрямленного напряжения соединен с первым входом второго интегрального регулятора, второй вход которого соединен с вторым выходом источника задающих напряжений, выход пропорционально-интегрального регулятора подключен к входу системы импульсно-фазового управления выпрямителем, а выход второго интегрального регулятора - к входу системы импульсно-фазового управления инвертором.

Недостатком прототипа является невозможность его применения для питания нагрузки с емкостной реакцией, например разрядной трубки установки электросинтеза озона. Прототип предназначен для питания нагрузок с резонансными свойствами, в частности установок индукционного нагрева.

Цель изобретения - расширение области применения.

Это достигается тем, что в преобразователе частоты со звеном постоянного тока, содержащем трехфазный мостовой управляемый выпрямитель и однофазный мостовой инвертор с нагрузочным контуром в диагонали переменного тока, содержащим коммутирующий конденсатор, а также датчик выпрямленного тока с фильтром, датчик переменного напряжения, систему импульсно-фазового управления выпрямителем, регулятор и источник задающих напряжений, входные выводы выпрямителя подключены к входным выводам преобразователя через первый трансформатор, выходные выводы выпрямителя зашунтированы диодом, коммутирующий конденсатор подключен к выходным выводам преобразователя через второй трансформатор. Преобразователь снабжен последовательной цепью из задающего генератора, распределителя импульсов и первого блока выходных каскадов, выходные выводы которого соединены с управляющими электродами тиристоров инвертора, вторым фильтром, вход которого подключен к выходу датчика переменного напряжения, а выход - к первому входу регулятора, управляющим блоком, первый вход которого соединен с выходом регулятора, а выход - с входом системы импульсно-фазового управления выпрямителем, вторым блоком выходных каскадов, вход которого подключен к выходу системы импульсно-фазового управления, а выходные выводы соединены с управляющими электродами тиристоров выпрямителя, триггером, пороговым элементом, первый вход которого соединен с выходом фильтра и вторым входом регулятора, а выход - с входом триггера, выход которого соединен с вторым входом управляющего блока, второй вход порогового элемента соединен с первым выходом источника задающих напряжений, второй выход источника задающих напряжений соединен - с третьим входом регулятора, а третий выход - с четвертым входом регулятора.

Докажем существенность отличительных признаков заявляемого преобразователя частоты со звеном постоянного тока. Существенным отличием преобразователя частоты является обеспечение возможности работы на нагрузку с емкостной реакцией, в частности, на разрядную трубку установки электросинтеза озона. Нагрузка при этом может не обладать резонансными свойствами. Обеспечивается согласование емкостной нагрузки с преобразователем частоты.

На чертеже приведена схема преобразователя частоты со звеном постоянного тока.

Преобразователь частоты содержит трехфазный мостовой управляемый выпрямитель 1 и однофазный мостовой инвертор 2 с нагрузочным контуром в диагонали переменного тока, содержащим коммутирующий конденсатор 3, датчик 4 выпрямленного тока с фильтром 5, датчик 6 переменного напряжения, систему импульсно-фазового управления выпрямителем 7, регулятор 8 и источник 9 задающих напряжений.

Входные выводы выпрямителя подключены к входным выводам преобразователя через первый трансформатор 10, выходные выводы выпрямителя зашунтированы диодом 11. Коммутирующий конденсатор подключен к выходным выводам преобразователя 12 через второй трансформатор 13. Преобразователь также содержит последовательную цепь из задающего генератора 14, распределителя 15 импульсов и первого блока 16 выходных каскадов, выходные выводы которого соединены с управляющими электродами тиристоров инвертора, второй фильтр 17, вход которого подключен к выходу датчика переменного напряжения, а выход - к первому входу регулятора, управляющий блок 18, первый вход которого соединен с выходом регулятора, а выход - с входом системы импульсно-фазового управления выпрямителем, второй блок выходных каскадов 19, вход которого подключен к выходу системы импульсно-фазового управления, а выходные выводы соединены с управляющими электродами тиристоров выпрямителя, триггер 20, пороговый элемент 21, первый вход которого соединен с выходом фильтра и вторым входом регулятора, а выход - с входом триггера, выход которого соединен с вторым входом управляющего блока. Второй вход порогового элемента соединен с первым выходом источника задающих напряжений, второй выход которого соединен с третьим входом регулятора. Третий выход источника задающих напряжений соединен с четвертым входом регулятора.

Преобразователь частоты со звеном постоянного тока работает следующим образом. Блок выходных каскадов 19 подает импульсы управления на тиристоры выпрямителя 1, а блок выходных каскадов 16 - на тиристоры инвертора 2. Тиристоры диагоналей моста инвертора 2 включаются поочередно. Формирование импульсов управления тиристорами инвертора 2 осуществляется задающим генератором 14, а распределение их по каналам управления - распределителем импульсов 15. При работе тиристоров одной из диагоналей моста инвертора 2 через нагрузочный контур протекает ток положительного направления, при работе тиристоров противоположной диагонали - ток отрицательного направления. Коммутация тиристоров инвертора 2 осуществляется за счет энергии электрического поля коммутирующего конденсатора 3. К нагрузке 12 прикладывается напряжение вторичной обмотки трансформатора 13.

Формирование импульсов управления тиристорами моста выпрямителя 1 осуществляется системой импульсно-фазового управления 7. Регулирование выходного напряжения выпрямителя 1 производится фазовым способом. Выпрямитель выпрямляет напряжения вторичных обмоток первого трансформатора 10.

Выходное напряжение преобразователя измеряется датчиком 6 переменного напряжения. Сигнал, пропорциональный выходному напряжению, с выхода датчика 6 поступает на вход фильтра 17. Отфильтрованный сигнал с выхода фильтра 17 подается на первый вход регулятора 8, на третий вход которого поступает напряжение уставки с второго выхода источника 9 задающих напряжений. Сигнал рассогласования с выхода регулятора 8 подается на первый вход управляющего блока 18. Последний формирует сигнал, пропорциональный сигналу рассогласования, который воздействует на систему импульсно-фазового управления 7. Управляющий блок 18 ограничивает сигнал по максимальной и минимальной величине, обеспечивая максимальный и минимальный угол управления тиристорами выпрямителя. Если по какой-либо причине напряжение на выходе преобразователя стремится вырасти, то возрастает сигнал на выходе регулятора 8 и увеличивается по сигналу управляющего блока 18 угол управления выпрямителем. В результате уменьшается выходное напряжение выпрямителя и напряжение на выходе преобразователя частоты стабилизируется. При уменьшении напряжения на выходе преобразователя частоты система срабатывает в обратном порядке.

Сигнал, пропорциональный выпрямленному току, формируется датчиком 4 тока. Сигнал датчика 4 с выхода фильтра 5 подается на второй вход регулятора 8 и первый вход порогового элемента 21. Указанный сигнал сравнивается в регуляторе 8 с сигналом уставки с третьего выхода источника 9 задающих напряжений, который подается на четвертый вход регулятора 8. Увеличение выпрямленного тока приводит к росту сигнала на выходе фильтра 5, возрастанию сопротивления транзистора, шунтирующего выход регулятора 8, росту сигнала на выходе регулятора и увеличению угла управления выпрямителем. Преобразователь переходит в режим стабилизации тока.

При дальнейшем возрастании сигнала на выходе фильтра 5 (перегрузка) срабатывает пороговый элемент 21.

Триггер 20 переводит управляющий блок 18 в режим максимального угла управления выпрямителем 1 и напряжение на выходе преобразователя частоты резко снижается. Уставка срабатывания порогового элемента 21 задается источником задающих напряжений 9 (выход 1 источника задающих напряжений 9 - вход 2 порогового элемента 21).

Диод 11 выполняет роль демпферного диода при больших углах управления выпрямителем. Трансформатор 10 служит для согласования преобразователя частоты с питающей сетью (при емкостной нагрузке раскачка напряжений на элементах преобразователя выше, чем при активно-индуктивной). Трансформатор 13 предназначен для согласования преобразователя с нагрузкой 12 (установка электросинтеза озона представляет собой высоковольтную нагрузку). Дроссель в инверторе 2 обеспечивает сглаживание входного тока (инвертор в преобразователе представляет собой инвертор тока).

Регулятор 8 и управляющий блок 18 выполнены на основе операционных усилителей. Реализация системы импульсно-фазового управления 7, датчиков 4 выпрямленного тока и переменного напряжения 6 соответствует реализациям их в прототипе. Пороговый элемент 21 выполнен на основе транзисторной схемы.

По сравнению с прототипом расширена область применения преобразователя частоты со звеном постоянного тока. Преобразователь может быть использован для питания емкостной нагрузки (разрядная трубка установки электросинтеза озона). При этом обеспечивается согласование преобразователя частоты с питающей сетью и нагрузкой, независимое возбуждение инвертора, позволяющее обеспечить работу на нерезонансную нагрузочную цепь. Снижено влияние помех в канале обратной связи, вызываемых импульсными изменениями токов и напряжений в частях нагрузочного контура при возникновении и погасании разряда. Обеспечиваются необходимые режимы работы: стабилизация выходного напряжения, ограничение выпрямленного тока, перевод в режим максимального угла управления выпрямителем при перегрузках.

Формула изобретения

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ СО ЗВЕНОМ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий трехфазный мостовой управляемый выпрямитель и однофазный мостовой инвертор с нагрузочным контуром в диагонали переменного тока, включающим в себя коммутирующий конденсатор, а также датчик выпрямленного тока с фильтром, датчик переменного напряжения, систему импульсно-фазового управления выпрямителем, регулятор и источник задающих напряжений, отличающийся тем, что входные выводы выпрямителя подключены к входным выводам преобразователя через первый трансформатор, выходные выводы выпрямителя зашунтированы диодом, коммутирующий конденсатор подключен к выходным выводам преобразователя через второй трансформатор, преобразователь снабжен последовательной цепью из задающего генератора, распределителя импульсов и первого блока выходных каскадов, выходные выводы которого соединены с управляющими электродами тиристоров инвертора, вторым фильтром, вход которого подключен к выходу датчика переменного напряжения, а выход к первому входу регулятора, управляющим блоком, первый вход которого соединен с выходом регулятора, а выход с входом системы импульсно-фазового управления выпрямителем, вторым блоком выходных каскадов, вход которого подключен к выходу системы импульсно-фазового управления, а выходные выводы соединены с управляющими электродами тиристоров выпрямителя, триггером, пороговым элементом, первый вход которого соединен с выходом фильтра и вторым входом регулятора, а выход с входом триггера, выход которого соединен с вторым входом управляющего блока, второй вход порогового элемента соединен с первым выходом источника задающих напряжений, второй выход источника задающих напряжений соединен с третьим входом регулятора, а третий выход с четвертым входом регулятора.

РИСУНКИ

Рисунок 1