Преобразователь трехфазного напряжения в однофазное повышенной частоты

Преобразователь трехфазного напряжения в однофазное повышенной частоты

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

<>997199

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-вуСоюз Советских

Социалистических

Республик (22) Заявлено 3ц04&1 (2>) 3281436/24-07 р ) g+ 3 с присоединением заявки ¹Н 02 И 5/27

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) ПриоритетОпубликовано 150283. Бюллетень ¹ 6 (53)УДК 621.314. . 27(088. 8), Дата опубликования описания 15.0283

И.И.Кантер, И.И.Артюхов, B.Í.Ïéòíè н,Н,„".П;М и В.И.Лазарев к,, E

Саратовский ордена Трудового 1Красного Знамени- политехнический институт (72) Авторы . изобретения

Ъ тт (73 } Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТРЕХФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

В ОДНОФАЗНОЕ ПОВЫШЕННОЙ ЧАСТОТЫ

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 переключонием вентилей из инверторного режима в выпрямительный и обратно, содержащие ячейки по числу фаз питающего напряжения, четыре вентиля которых включены по схеме выпрямительного моста, в диагональ

-постоянного тока которого включена обмотка уравнительного реактора, . диагональ переменного тока соединена с выходными шинами преобразователя, а к средней точке обмотки реактора подключена одна из фаэ питающей сети 1).

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

Известен также трехфазно-однофаэный преобразователь частоты для индукционного нагрева, силовая схема

5 которого представляет собой три четырехвентильных преобразователя, соединенных в треугольник с суммированием выходных напряжений на нагрузочном трансформаторе и подключенных через входные реактор на трехфазную сеть)2 .

Этот преобразователь характеризуется наличием сложного трансформатора и недостаточной жесткостью внеш- ней характеристики для работы,на периодическую нагрузку.

Известен преобразователь, который относится к схемам с неявным звеном . постоянного тока и содержит подключенные к фазам питающего напряжения блоки с обмотками, соединенными в звезду и расположенными иа .общем для всех блоков магнитопроводе, и с двумя группами включенных встречно-параллельно тиристоров 3 .

Недостатками преобразователя являются наличие сложного многообмоточного и громоздкого трансформатора, а также разделенная батарея коммутирующих конденсаторов.

997199

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 трансформатора и разделенная батарея коммутирующих конденсаторов. 10

Известен преобразователь, ксторый относится к классу схем с промежуточ. ным звеном переменного тока и предназначен для преобразования напряжения из переменного в постоянное с 15 использованием высокочастотного трансформатора, имеющий значительно меньшие габариты и sec)5).

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 О тиристорных моста, замкнутые выводами постоянного тока на реакторы, сред. ние точки которых образуют входные зажимы преобразователя, а выводы переменного тока подключены к об-. кладкам конденсатора, образующим выходные зажимы преобраэователя(б).

Недостатком схемы является то, что и в режиме потребления и в режиме компенсации реактивной мощности работает полная индуктивность входных 40 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 ме- 5О няющимися параметрами (например, индукционная печь с периодической загрузкой,деталей1, так как для повышения жесткости внешней характеристики необходимо уменьшить индуктивность реакторов, обеспечивающих компенсацию избыточной реактивной мощности конденсаторной батареи.

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.. Цель изобретения — повышение жест- 60 кости внешней характеристики преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что преобразователь трехфазного напряжения в однофаэное повышенной частоты, содержащий три однофазных тиристорных моста, выводами 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 общим 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 однофаэное повышенной частоты; на фиг .2 - вариант распределения управляющих импульсов на основных и дополнительных тиристорах, на фиг,З - диаграммы некоторых процессов в преобразователе °

Преобразователь содержит три однофазных тиристорных моста 1-12, реакторы 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-. ристоры 17-22, соединенные встречно в последовательную кольцевую цепочку, причем общие точки анодов соединены с теми отводами реакторов, которые расположены со стороны катодных групп мостов, а общие точки катодов соединены с теми отводами реакторов, которые расположены со стороны анодных групп мостов.

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

997199

Формула изобретения

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

Входные реакторы обеспечивают необходимый угол запирания тиристо-. ров. В момент подачи управляющих импульсов на все:четные тиристоры мостов цепь потребления энергии из сети состоит из фазы а, правой половины реактора 13, тиристора 4, конденсатора 16, нагрузки, тирнстора б, левой половины реактора 14, фазы е

Цепь компенсации реактивной мощности состоит из конденсатора 16, тиристора 2, части левой половины реактора 13, дополнительного тиристора.18, части правой половины реактора 15, тиристора 12, конденсатора 16.Кроме того, образуются цепи компенсации реактивной мощности через те дополнительные тиристоры, на которые в данный момент подано управление и на-пряжение на которых имеет отпирающую полярность, т.е. в рассматриваемом случае через тиристоры 19 и 20. Подобным.образом работают все три моста схемы, причем электромагнитные процессы в мостах протекают принципиально одинаково, а напряжения и токи элементов схемы повторяются йо кольцевому закону. Модуляция выходного. напряжения не превышает пульсации выходного напряжения трехфазного симметричного выпрямителя.

Средством улучшения жесткости внешней 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, н баланс мощностей в силовых цепях преобразователя при скачкооб. разном изменении нагрузки устанавливается автоматически эа один интервал работы преобразователя, в данном случае равный половине периода выходной частоты. В предлагаемом преобразователе силовые обратные связи- вводятся путем создания цепей компенсации реактивной мощности, состоящих из шести тиристоров, соединенных последовательно-встречно в кольцо, и отводов реакторов ° При этом индуктивность части реактора, работающей на потребление активной мощности, может быть увеличена с целью улучшения коэффициента нелинейных искажений напряжения питающей сети, а индуктивность той части реактора которая включена в цепь компенсации реактивной мощности, может быть выбрана в зависимости от требуемой жест-. кости внешней характеристики и предъявляемых требований по дина-. мике.

На фиг.3 приведены временные диаграммы процессов преобразователя, гдето — форма напряжения на комму% тирующем конденсаторе w< - ток .ре- актора, причем ток компенсации имеет импульсный характер, вследствие чего устраняется влияние инерционности индуктивных элементов преобра1Р. зователя-на инерционность системы стабилизации по огибающей переходного процесса.

Предлагаемый преобразователь-трехфазного напряжения s однофазное по15 вышенной частоты выгодно отличается эт прототипа прежде всего более жесткой внешней характеристикой, которая достигается при лучшем использовании тиристоров по току. Это объяс-. няется тем, что индуктивности реакторов, входящие в цепи потребления активной мощности и цепи компенсации реактивной мощности, имеют различные величины. Уменьшение величины индуктивности, эа счет которой происходит компенсация избыточной реактивйой мощности конденсаторной батареи; сопровождается улучшением динамических. характеристик преобразователи, -что особенно важно при работе на резко меняющуюся нагрузку. Увеличениеиндуктивности, составляющей часть контура потребления активной мощности, благоприятно сказывается на гармоническом составе потребляемого тока, что при правильном расчете параметров входных реакторов позволяет обойтись без дополнительных фильтров. Схема обеспечивает свободный двухсторонний энергообмен между входной и выходной цепями и позволяет работать при индуктивной,активной смешанной нагрузках на фиксированных и регулируемых час тотах.

Преобразователь трехфазного напряжения в однофазное повышенной частоты, содержащий три однофаэных тиристорных

О моста, выводами 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, отличающийся тем, .что, с целью повышения жесткости его внешней характеристики, он снабжен шестью дополнительными тиристорами, соединенными последовательйовстречно в кольцо, каждый реактор снабжен двумя отводами, расположенными симметрично отис сительно средней точки, причем отводы реакторов со стороны катодных групп мостов под997199 ключены к обшим 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

М 213164, кл. Н 02 М 5/27, 1963.

"т

2. Вопросы преобразования и экономии электроэнергии. Саратов, Приволж ское книжное издательство, 1974, с.81.

3. Авторское свидетельство СССР

М 256052, кл. 21 ф 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 С0Ж Р 3582756>

Н 02 М 5/16.

6. Тиристорные преобразователи частоты для индукционного нагрева.

Межвузовский научный сборник, Уфа, Р 7, 1977, с.84.

997199:

Составитель Г.Мыцык

Редактор Л.Алексеенко Техред Т. Маточ к а

Корректор В.Вутяга

Заказ

955/75 Тираж 685 .

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Филиал ППП "Патент", г . Ужгород, ул. Проектная, 4