ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТРЕХФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ ОДНОФАЗНОЕ ТРОЙНОЙ ЧАСТОТЫ

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТРЕХФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ ОДНОФАЗНОЕ ТРОЙНОЙ ЧАСТОТЫ


RU (11) 2121210 (13) C1

(51) 6 H02M5/27 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 05.12.2008 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 96116765/09 
(22) Дата подачи заявки: 1996.08.16 
(45) Опубликовано: 1998.10.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU, 1686668 A, 23.10.91. SU, 544082 A, 25.01.77. JP, 60- 48519 A, 19.07.85. 
(71) Заявитель(и): Кощеев Леонид Григорьевич 
(72) Автор(ы): Кощеев Л.Г. 
(73) Патентообладатель(и): Кощеев Леонид Григорьевич 

(54) 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. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



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:

Lo= T2и/42Cк,

где

f - частота колебаний напряжения питающей сети;

Lk, Ck - индуктивность и емкость параллельного колебательного контура;

Rн - активное сопротивление нагрузки;

L0 - индуктивность дополнительного реактора;

Tи - 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 ik. Наличие в цепи подзаряда конденсатора 7 реактора 9 обуславливает увеличение напряжения на конденсаторе U до значения, большего амплитуды напряжения Ua 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

Lo= T2и/42Cк

где

f - частота колебаний напряжения питающей сети;

LкCк - индуктивность и емкость параллельного колебательного контура;

Rн - активное сопротивление нагрузки;

L0 - индуктивность дополнительного реактора;

Tп - длительность импульсов тока подзаряда параллельного колебательного контура, равная (0,1-0,2)/3 мс.