Статический преобразователь частоты

Статический преобразователь частоты

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ;ЧАСТОТЫ, содержащий собранных на ячейках со встречнопара:плельными вентилями резонансных инверторных моста, выходы которых объединены, задающий генератор, один выход которого соединен с входом блока регулируемой временной задержки, о тл . и чающийся тем, что, с целью обеспечения равнсмерной загрузки инверторных мостов по мощности, вторс выход задающего генератора и выход блока регулируемой временной задержки подключены к входам управления инверторных мостов через переключающий блок, обеспечивакиций попеременное чередование ..опорных и регулируеьаах по фазе импульсов управления .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

МИ ЮЮ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н *втоосномм сеицатипьству

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАЮ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3474936/24-07 (22) 26 ° 07 ° 82 (46) 07 ° 02 ° 84. Вюл, В 5 (72) А.С. Васильев, A,È. Каргальцев, Ю.П. Качан и В.В. Йадот (71) Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им. В.И Ульянова (Jleaitsa) (53) 621 314,572(088 ° 8) .. ° (56) 1. Гуревич С.Г., Моргун В.В.

Источники питания средней частоты установок индукционного нагрева. Вибл. высокочастотника-термиста Машиностроение, Л., 1980, с.35, 2. Васильев A.С Статические пре" образователи частоты для индукционного нагрева. М., Энергия, 1974; с., 173, рис, 75.

3. То же, с. 148, рис. 63.

amSUas À (54) (,57) СТАТИЧЕСКИЙ. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ЧАСТО%И содержащий два собранных на ячейках со встречно-параллельными вентилями резонансных инверторных моста, выходы которых объединены, задакиций генератор, .один выход котоpotî соединен с входом блока регулируемой временной задержки, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью обеспечения равномерной загрузки инверторных мостов по мощности второй выход задающего генератора и выход блока регулируемой временной задержки подключены к входам управления инверторных мостов через переключающий блок, обеспечивающий попеременное чередование,.опорных и регулируемах по фазе импульсов управления.

1072240

Изобретение относится к преобразовательной технике, а точнее к вентильным преобразователям частоты для электротехнологии. Оно может использоваться в статических преобразователях частоты, выполненных по схеме двухмостового инвертора с промежуточным звеном постоянного тока, имеющих 0 -образную входную характеристику и обеспечивающих фазоимпульсное регулирование мощности на стороне 1О выходного тока при работе как на ак" тивную нагрузку, так и ча колебательный контур, применяемый, например, в установках для индукционного нагрева. 15 . Известна схема двухмостового преобразователя частоты с фаэовым регулированием. Преобразователь содержит два параллельно соединенных и подключенных к общей нагрузке 2О инверторных моста, собранных на ячейках со встречно-параллельными вентилями по схеме удвоения частоты, задающий генератор, один выход которого подключен к входам управления первого инверторного моста, а другой выход через устройство регулируемой временной задержки — к входам управления второго инверторного моста. Введение фазового сдвига между импульсами управления инверторных мостов позволяет осуществлять регулирование выходного напряжения преобразователя (Х) .

Недостатками данных преобра.зователей являются большая установленная мощность элементов коммутирующего контура и снижение КПД вследствие появления больших по величине токов обмена между инверторными мостами, включаемыми с тем или иным фазовым 4О сдвигом

Известно также последовательное соединение инверторных мостов с переменным фазовым сдвигом между управ-ляющими импульсами. Преобразователь имеет два инверторных моста со встречно-параллельными диодами, которые соединены параллельно по пос.тоянному току и последовательно по высокой частоте.,Нагрузка, имеющая среднюю точку, включается в цепь удвоения частоты. Между управляющими импульсами инверторных мостов имеется фазовый сдвиг, обеспечивающий плавное регулирование напряжения на нагрузке f2).

К недостаткам указанного преобразователя следует отнести наличие ощутимых по величине токов обмена между инверторными мостами при введении фазового сдвига вследствие нерав-60 номерной .загрузки этих мостов по мощности. Поскольку переменная составляющая токов обмена мостов может замкнуться только по цепи нагрузки

КПД установки снижается не только эа счет дополнительных потерь в схеме собственного преобразователя, но и в токоведущих элементах связи между преобразователем и нагрузкой.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является система параллельно работающих статических преобразователей частоты, содержащая два параллельно соединенных по постоянному току и высокой частоте резонансных инверторных моста, подключенных к питающей цепи постоянного тока через сглаживающий входной реактор, а к нагрузке — через разделительную емкость, задающий генератор, один выход которого соединен с входом управления одного инверторного моста, а второй выход через устройство регулируемой временной задержки — с входом управления другого моста L3g .

Введение угла фазового сдвига между импульсами управления инверторных мостов меняет эквивалентную нагрузку для каждого моста„ причем направление этого изменения различно для разных мостов, Наличие 0 -образ ной входной характеристики не позволяет перегрузить ни всю. систему, ни. каждый из инверторных мостов в отдельности. Характер загрузки мостов по мощности зависит как от собственных параметров схемы, так и .от параметров нагрузки. Так, например, в случае емкостной реакции нагруэочного контура при введении фазового сдвига напряжение.на выходе преобразователя снижается, опережающий . мост переходит в выпрямительный режим, а отстающий мост загружается цо минимального уровня.

Отсутствие баланса токов, вызванное разными моментами открытия вентилей в инверторных мостах, приводит к появлению обменного тока между мостами. Наличие тока, достигающего значительной величины в случае выпрямительного режима одного из мостов, приводит к дополнительным потерям электрической энергии в коммутирующих элементах (иудуктивностях и емкостях) преобразователя.

Это ведет к снижению КПД преобразователя.

Таким образом, недостатками прототипа являются снижение КНД при ре" гулировании из-за неравномерной загрузки инверторных мостов, низкая надежность вследствие неравномерной загрузки инверторных мостов, узкая область эффективного использования таких преобразователей в качестве источников питания нагрузок большой мощности с широко изменяющимися параметрами.

Цель изобретения — повышение КПД и надежности, а также расширение

1072240 области применения подобных преобразователей.

Поставленная цель достигается тем, что в статический преобразоВатель частоты содержащий два резо- 5 нансных инверторных моста, выходы которых объединены и подключены к общей нагрузке, задающий генератор, первый выход которого соединен с входом блока регулируемой временной задержки, дополнительно введено переключающее устройство, содержащее генератор и сдвоенный селектормультиплексор, причем второй выход задающего генератора и выход блока регулируемой временной задержки сое- 15 динены с входами переключающего устройства, а выходы последнего подключены к входам управления инвер" торных мостов.

Переключающее устройство осуществ-20 ляет переключение входных сигналов через промежутки времени, равные периоду задающей частоты преобразователя. В результате, на каждый из инверторных мостов приходят поочередно опорные импульсы управления с одного из выходов задающего гене" ратора, фаза которых постоянна, и задержанные относительно опорных импульсы управления с выхода устройства регулируемой задержки. Величина Фазового сдвига обычно определяется цепью обратной связи при стабилизации напряжения на нагрузке или изменяется по заданной программе. В такой системе обеспечивается равномерная загрузка инверторных мостов по мощности, так как каждый мост попеременно является то отстающим, то опережакицим. Ток обмена между мостами в этом случае отсутст- 40 вует, что и обуславливает повыщение

КПД преобразователя.

На фиг.l представлена функционаЛьная схема предлагаемого .статического преобразователя частотыу на 45 фиг.2 и фиг.З вЂ” временные диаграюы его работы.

Статический преобразователь частоты содержит два резонансных инверторных моста, собранных на ячейках со встречно-параллельными вентилями

1 и 2, выводы которых подключены к нагрузке 3 и датчику 4 напряжения.

Выход датчика 4 напряжения подключен к одному из входов устройства 5 сравнения, на другом входе которого действует напряжение задания Upend .

Выход устройства 5 сравнения присоединен к одному из входов устройства б регулируемой временной задержки, к другому входу которого присоеди- ® нен первый выход задающего генератора 7. Выход устройства б регулируемой задержки и второй выход задающего. генератора 7 соединены с входами переключающего устройства 8 ° Вы- 65 ходы последнего через делители 9 и

10 частоты, формирователи 11 — 14 импульсов соединены с входами управления инверторных мостов 1 и 2, Переключающее устройство 8 содержит генератор 15, вход .которого подключен к третьему выходу задающего генератора, и сдвоенный селектормультиплексор 16, информационные входы 9 3, f)б и))2, 9 7 которого соединены соответственно с выходами задающего генератора 7 и устройства

6 регулируемой задержки, а адресные входы A и .В соединены с пофазными выходами генератора 15. Сдвоенный селектор-мультиплексор выполнен на микросхеме К155КП2.

Устройство работает следующим образом.

Выходные токи инверторных мостов

1 и 2 складываются в нагрузке 3.

Сдвигая по фазе моменты включения вентилей мостов, можно плавно изменять суммарный ток нагрузки, а следовательно, регулировать напряжение и мощность, выделяемую в ней.

На входы переключающего устройства 8 поступают две последовательности импульсов (фиг.2): непосредственно с задающего генератора 7 опорные, фаза которых постоянна (93 1) 6) и с выхода регулируемой задержки б — регулируемые импульсы ()2, }) 7) .

Фазовый сдвиг ь P регулируемых импульсов. относительно опорных изменяется в зависимости от величины нагрузки 3 преобразователя.

Изменение состояния адресных входов A и В мультиплексора 16 соответствует моментам переключения опорного и регулируемого каналов и происходит. на каждом периоде задающей частоты (Т1) ° В результате на выходах Уl и У2 переключающего устройства 8 имеются последовательности (Фиг.2) с чередованием опорных и регулируемых импульсов. Далее зти импульсы поступают на делители 9 и 10 частоты. С прямых и инверсных выходов делителей 9 и 10 частоты через Формирователи 11-14 импульсы подаются на управляющие входы инверторных мостов 1 и 2, причем с формирователей 11 и 12 управляющие импульсы поступают на диагональные ячейки вентилей инверторного моста 1, à с формирователей 13 и 14 — на диагональные ячейки вентилей инверторного моста 2 ° При таком распределении управляющих импульсов каждый мост на каждом периоде задающей частоты попеременно является то отстающим, то опережакицим по фазе, т ° е. мосты работают в одинаковых условиях.

Таким образом, у предлагаемого статического преобразователя часто1072240 E ты по сравнению с прототипом обеспечивается равномерная загрузка по мощности инверторных мостов только лишь эа счет модификации системы управления без каких-либо изменений в силовой схеме. Создание последовательности чередования управляющих импульсов инверторных мостов приводит к исключению тока обмена между ними при введении фазового сдвига, вследствие чего уменьшаются потери 1О в элементах преобразователя и линии передачи энергии.

На фиг.3 приведены кривые входных токов (мгновенные значения) инверторных мостов, полученные в ре- 15 эультате расчетов на математических моделях для прототипа и предлагаемого устройства при фазовом сдви-. ге и Р =0,04 Т и емкостной расстройке контура нагрузки, Как видно, в 2р известном устройстве опережающий инверторный мост (кривая 5 ) переходит в выпрямительный .режим и его входной ток отрицателен. Отстающий же инверторный мост (кривая 0 ) загружен до минимального значения, Суммарный входной ток преобразователя (кривая b ) в результате меньше входного тока отстающего моста. В предлагаемом устройстве в этих же условиях оба моста работают в инверторном режиме с практически одинако,выми токами. (кривые д ф ) .

Инверторные мосты обычно подключаются к цепи постоянного тока (выпрямителю) через входные реакторы.

Из приведенных временных диаграмм ! видно, что потери, например, во входных реакторах в известном устройстве больше, чем : в предлагаемом, так как с точки зрения потерь безразлично в какую сторону протекает ток и, следовательно, в известном устройстве потери определяются абсо" лютной суммой токов (кривые с1, $), которые больше суммарного входного тока (кривая 2 ) предлагаемого устройства. Таким образом, можно сделать вывод, что КПД предлагаемого преобразователя выше, чем у прототипа.

Обеспечение равномерной загрузки по мощности мостов инвертора при сохранении возможности плубокого ре-. гулирования выходного напряжения позволяет повысить надежность преобразователя, расширить область его эффективного применения.

Жираж 667 . Подписное

ВНИИПИ Государстеенйого .комитета СССР по делам .изобретений и открытий

Заказ 143/51

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал 000 Патент,:.г..уигород., ул. Проектная, 4

СоставителЬ- Г. Мыцнк

РЕдактор Н ..Стащншина ТехредЛ.Мартяшова . Корректор М демчик