SU1012406A1

SU1012406A1 - Frequency converter

Info

Publication number: SU1012406A1
Application number: SU813364836A
Authority: SU
Inventors: Виктор Васильевич Шипицын; Владислав Игоревич Лузгин; Андрей Александрович Рухман; Алексей Алексеевич Новиков; Вениамин Викторович Дрягин; Сергей Юрьевич Кропотухин; Владимир Архипович Глухих; Владимир Александрович Чижевский; Анатолий Васильевич Абрамов; Дмитрий Васильевич Чуркин; Александр Ильич Вакарев
Original assignee: Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им.С.М.Кирова; Предприятие П/Я М-5343
Priority date: 1981-12-15
Filing date: 1981-12-15
Publication date: 1983-04-15

Description

f1 Изобретение относитс к преобразовательной технике, предназначено д необратимого преобразовани электрич кой энергии промышленной сети в энер гию переменного тока повышенной частоты и может быть использовано в качестве источника питани дл установок индукционного нагрева металлов и аппаратов ультразвуковой технологии . Известны преобразователи повышенной частоты, в которых два вентильных моста соединены последовательно и параллельно им подключены два конденсатора фильтра, которые запитаны через дроссель фильтра от мостового выпр мител , подключенного к трехфаз ной сети с нулем, В этих схемах сред н точка нагрузки св зана через дроссель с нулем сети, что обесг ечивает одинаковое распределение напр жений по мостам при резком изменении нагрузки СО- Однако в аварийных режимах , св занных со срывом инвертировани в одном из мостов, на другом могут возникать перенапр жени двухкратной величины, и это приводит к выходу из стро вентилей в этом мосту . Наиболее близким к предлагаемому вл етс преобразователь, содержащий подключенные к источнику питани через дроссели фильтра два моста, соединенные последовательно через коммутирующие дроссели, два соединенных последовательно конденсатора фильтра, шунтирующих вентильные мосты , и диоды, два из которых подключены параллельно каждому мосту и обоим коммутирующим дроссел м, а два других - параллельно каждому конденса тору фильтра и нагрузке Схема обеспечивает работу инвертора в режиме от холостого хода до короткого замыкани нагрузки, но при резком изменении нагрузки возможно перераспределение напр жени источника питани по конденсаторам фильтра, в результате чего вентили одного из мостов будут работать под большим напр жением , а это может привести к вы воду их из стро . Цель изобретени - расширение диапазона допустимых нагрузок, а также повышение выходной мощности при питании от трехфазной сети с нулем. Поставленна цель достигаетс тем что преобразователь частоты, содержащий подключенный к источнику питани 6 выпр митель, к выводам посто нного тока которого через фильтровые россали подключены два пocлe : гвльно соединенных через коммутирующие Дроссели вентильных моста с коммутирующими конденсаторами и дроссел ми в диагонал х переменного тока и два последовательно соединенных конденсатора фильтра, св занных с общей точкой коммутируюи их дросселей, выполненных с отпайками, подключенными через встречные диоды к соответствующим том кам соединени конденсаторов с фильтровыми дроссел ми, причем каждый мост совместно с двум коммутирующими дроссел ми зашунтирован обратным диодом, а также два дополнительных диода, св занных с цепью нагрузки , снабжен дополнительным дросселем , трехобмоточным выходным трансформатором , вторична обмотка которого подключена к нагрузке, а кажда из двух первичных обмоток, включенных между положительным зажимом последовательно соединенных конденсаторов фильтра и анодной группой вентилей моста, а также между отрицательным зажимом этих же конденсаторов и катодной группой вентилей другого ,моста, снабжена вольтодобавочными витками, шунтирующими через дополнительный диод соответствуюи1ий мост и соединенный с ним последовательно коммутирующий дроссель, причем обща точка ком- . мутирующих дросселей соединена с общей точкой конденсаторов фильтра, подключенной к нулю трехфазной сети через дополнительный дроссель. На чертеже изображена схема преобразовател частоты. . Преобразователь частоты содержит тиристоры 1-6 выпр мител , фильтровые дроссели 7 и 8 и тиристоры инвертора, мосты которого соединены через коммутирующие дроссели 17 и 18, в диагонал х мостов включены коммутирующие дроссели 19 и 20 и конденсаторы 21 и 22, вентильные мосты подключены через первичные обмотки 23 и 2 выходного трансформатора и фильтровые дроссели 7 и 8 к выводам посто нного тока выпр мител , конденсаторы фильтра 25 и 26, обратные диоды 27 и 28, вторичную обмотку трансформатора с подключенной к нему нагрузкой 29, дополнительной дроссель 3flj, соединенный с нулем питающей сети, дополнительные диодь) 31 и 32, подключенные между средней точкой конденса31 торов фильтра 25 и .6, комму тиру щих дросселей 17 и 18 и выводами первичны обмоток 23 и 2 выходного трансформатора , встречные диоды 3.J и 3, соедин ющие положительную обкладку фильтрового конденсатора 25 с отпайкой ком мутирующего дроссел 1 и отрицательную конденсатора 26 с отпайкой дроссел 18. Схема работает следущим обр.азом. При включении тиристоров 1-6 выпр мител зар жаютс конденсаторы фильтра 25 и 2б через фильтровые дроссели 7 и 8, после этого включают тиристоры 9 и 12 одного моста инвертора: ток протекает 1по контуру: конденсатор 25 - обмотка 23 - тиристор 9 дроссель 19 - конденсатор 22 - тиристор Т2 - дроссель 17 - конденсатор 25 и формирует в первичной обмотке 23 выходного трансформатора, а следовательно , ив нагрузке 29 синусоидальный импульс тока в течение половины пе риода собственной частоты коммутиру ющего контура. Поочередным отпиранием тиристоров 13, 16, 10, 11, 14 и 15 ток протекает по контурам, аналогичным описанному выше, при этом в нагрузке формируютс два периода выходной частоты. Если эквивалентное сопротивление нагрузки мало, т.е. напр жение на эле ментах инвертора возрастает и, например , на отпайке дроссел 17 превышает напр жение фильтрового конденсатора 25, то открываетс диод 32 и ток начинает .протекать по контуру: дроссель 17 - диод 3 г конденсатор 25 дроссель 17, Таким образом, напр жени на отпайке дроссел 17.жестко ограничено , следовательно, ограничена и скорость нарастани ока, протекающего через коммутирующий дроссель 17, и его амплитуда. Если напр жение надросселе 17 превыизает напр жение на обмотке 2k и конденсаторе фильтра .6, то отпираетс диод 28 и ток рекуперации излишней электрической энергии 1Ю64 коммутирующих дросселей в источнике питани замыкаетс по лрнтуру: дроссель 17 - конденсатор 7.6 - обмотка 2kдиод 28 - дроссель 17. Ограничение раскачки напр жени на элементах другого моста осуществл етс по аналогичному контуру. При возрастании эквивалентного сопротивлени нагрузки, напр жение на первичных обмотках 23 и 2 выходного трансформатора может достигать и превышать величину напр жени на конденсаторах 25 и 26. В этом случае диоды 31 и 3 отпираютс , и ток протекает соответственно по контурам: обмотка 28 - конденсатор 25диод 32 - обмотка 23 и обмотка 2.k..диод 31 - конденсатор 26 - обмотки . 2. В предлагаемой схеме при уменьшении эквивалентного сопротивлени нагрузки осуществл етс рекупераци электромагнитной энергии коммутирующих дросселей в источник питани , т.е. происходит ограничение раскачки напр жени на элементах мостов,.Схема позвол ет ограничить скорость нарастани тока через коммутирующие дроссели, . а следовательно, и его амплитуду, вследствие чего снижаютс перенапр жени на элементах мостов; така защита элементов схемы от перенапр же-НИИ обеспечивает надежную работу преобразовател . В отличие от известной предлагаемой схемы используетс передний сброс, что ограничивает раскачку напр жени на элементах моста, следовательно , можно получить более высокую мощность на выходе преобразовател . При возрастании эквивалентного сопротивлени нагрузки схема поддерживает напр жение на каждой первичной обмотке выходного трансформатора на уровне, равном напр жению на одном фильтровом конденсаторе, вследствие чего врем восстановлени управл емости вентилей мостов сохран етс и преобразователь надежно работает в режиме холостого хода.f1 The invention relates to converter technology, is intended to irreversibly convert the electrical energy of an industrial network into alternating current energy of increased frequency and can be used as a power source for induction heating of metals and ultrasonic technology apparatus. High-frequency converters are known in which two valve bridges are connected in series and in parallel by them are two filter capacitors that are powered through a filter choke from a bridge rectifier connected to a three-phase network with zero. In these circuits, the load point is connected via a choke network zero, which ensures the same distribution of stresses across the bridges with a sharp change in the load of CO- However, in emergency conditions associated with the inversion failure in one of the bridges, A double overvoltage occurs, and this leads to the failure of the valves in this bridge. Closest to the present invention is a converter comprising two bridges connected to the power source through filter chokes, connected in series through switching chokes, two filter capacitors connected in series, shunting valve bridges, and diodes, two of which are connected in parallel to each bridge and both switching throttles and the other two are parallel to each filter capacitor and load. The circuit ensures that the inverter operates from idle to short circuit load. ki, but with a sudden change in load, it is possible to redistribute the voltage of the power source through the filter capacitors, as a result of which the valves of one of the bridges will operate under high voltage, and this can lead to their destruction. The purpose of the invention is to expand the range of permissible loads, as well as increase the output power when powered from a three-phase network with zero. The goal is achieved by the fact that a frequency converter containing a rectifier connected to the power source 6, to the DC terminals of which two filter cables are connected through the filter rods: the bridge bridges with switching capacitors and droplets in the diagonal AC currents and two filter capacitors connected in series, connected to a common point by switching their chokes, made with taps connected via counter diodes to the corresponding ohm chambers connecting capacitors with filter throttles, each bridge, together with two commutating throttles, is shunted by a reverse diode, and two additional diodes connected to the load circuit are equipped with an additional choke, a three-winding output transformer, the secondary winding of which is connected to the load, and each of the two primary windings connected between the positive terminal of series-connected filter capacitors and the anode group of bridge gates, as well as between the negative terminal m of the capacitors and the cathode of another group of valves, the bridge is provided with a booster windings, shunt via an additional sootvetstvuyui1y diode bridge and connected in series with the commutating reactor, and the point com- total. mutant chokes connected to the common point of the capacitors of the filter connected to zero three-phase network through an additional choke. The drawing shows a diagram of the frequency converter. . The frequency converter contains thyristors 1-6 rectifier, filter chokes 7 and 8 and inverter thyristors, the bridges of which are connected via switching chokes 17 and 18, switching diameters 19 and 20 and capacitors 21 and 22 are connected to the diagonal bridges through primary windings 23 and 2 of the output transformer and filter chokes 7 and 8 to the DC outputs of the rectifier, filter capacitors 25 and 26, reverse diodes 27 and 28, the secondary winding of the transformer with a load connected to it 29, additional choke 3flj, connected to the mains supply zero, additional diodes 31 and 32, connected between the midpoint of the capacitors of the filter 25 and .6, the commutating chokes 17 and 18 and the outputs of the primary windings 23 and 2 of the output transformer, counter-diodes 3.J and 3 connecting the positive side of the filter capacitor 25 with the tap of the commutating choke 1 and the negative capacitor 26 with the tap of the choke 18 18. The circuit works as follows. When thyristors 1-6 are turned on, rectifier charges filter capacitors 25 and 2b through filter chokes 7 and 8, then turn on thyristors 9 and 12 of one inverter bridge: current flows through the circuit: capacitor 25 - winding 23 - thyristor 9 choke 19 - capacitor 22 - thyristor T2 - choke 17 - capacitor 25 and forms a sinusoidal current pulse in the primary winding 23 of the output transformer and, therefore, in the load 29 during the half period of the natural frequency of the switching circuit. By alternately unlocking the thyristors 13, 16, 10, 11, 14, and 15, the current flows along circuits similar to that described above, with two periods of the output frequency being generated in the load. If the equivalent load resistance is low, i.e. the voltage at the inverter elements increases and, for example, at the tap of the droplets 17 exceeds the voltage of the filter capacitor 25, the diode 32 opens and the current begins to flow along the circuit: choke 17 - diode 3 g capacitor 25 choke 17, Thus, the voltage on the tap, the throttles 17. are rigidly limited, therefore, the rate of increase of the eye flowing through the commutating choke 17 and its amplitude are also limited. If the voltage across the choke 17 exceeds the voltage across the winding 2k and the filter capacitor .6, then the diode 28 is turned off and the recovery current of excessive electrical energy 1U64 switching chokes in the power supply is closed along the circuit: choke 17 - capacitor 7.6 - winding 2k diode 28 - choke 17. The buildup of the voltage on the elements of the other bridge is limited along a similar circuit. As the equivalent load resistance increases, the voltage on the primary windings 23 and 2 of the output transformer can reach and exceed the voltage on capacitors 25 and 26. In this case, the diodes 31 and 3 are unlocked and the current flows through the circuits, respectively: winding 28 is a diode 25 32 - winding 23 and winding 2.k..diode 31 - capacitor 26 - winding. 2. In the proposed scheme, when the equivalent load resistance decreases, the electromagnetic energy of the commutating chokes is recovered into the power source, i.e. the buildup of the voltage on the bridge elements occurs. The circuit allows to limit the rate of current rise through the commutating chokes,. and, consequently, its amplitude, as a result of which overvoltage on bridge elements is reduced; such protection of circuit elements from overvoltage is a reliable research institute. In contrast to the known proposed scheme, a front discharge is used, which limits the buildup of voltage on the bridge elements, therefore, it is possible to obtain higher power at the output of the converter. With an increase in the equivalent load resistance, the circuit maintains the voltage on each primary winding of the output transformer at a level equal to the voltage on one filter capacitor, as a result of which the recovery time of the bridge valve controllability is maintained and the converter reliably operates at idle.

кэЕ5keE5

СГч4SGCH4

S3S3

аbut

г1r1

Claims

A FREQUENCY CONVERTER, comprising a rectifier connected to a power source, to the DC terminals of which, through filter reactors, two valve bridges connected in series through switching reactors with switching capacitors and reactors in alternating current diagonals and two filter capacitors connected in series, connected to a common point of switching reactors, made with solders connected through counter diodes to the corresponding connection points of the filter capacitors and with filter chokes, each bridge together with two commutating chokes shunted by a reverse diode, as well as two additional diodes connected to the load circuit, with the exception of the fact that, in order to expand range to allowable loads and increase output power when powered from a three-phase network with zero, it is equipped with an additional inductor, a three-winding output transformer, the secondary winding of which is connected to the load, and each of the two primary windings connected between the positive terminal of the last of the connected filter capacitors and the anode group of the bridge valves, as well as between the negative clamp of the same capacitors and the cathode group of valves of the other bridge, is equipped with voltage boost coils, shunting the corresponding bridge and a switching choke connected to it in series, the common point of switching chokes connected to the common point of the filter capacitors, connected to zero three-phase network through an additional inductor ..

90Sh01

1 1012406