ЭЛЕКТРОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

Полезная модель относится к области силовой преобразовательной техники со звеном постоянного тока и инвертором напряжения с широтно-импульсной модуляцией и может быть использована в качестве источника питания в системе электропитания частотой 400 Гц, номинальным напряжением 3×230 В, в частности электронного преобразователя частоты (ЭПЧ) 50 Гц/400 Гц, заменяющего электромашинный преобразователь.
Известен преобразователь частоты, содержащий выпрямитель, емкостной фильтр, инвертор напряжения, блок управления, снабженный первым входом, предназначенный для приема сигнала от датчика технологического параметра, и вторым входом, к которому подключен выход датчика, сигнализирующего о нарушении электроснабжения преобразователя.
(Патент РФ №72589, H02P 27/08, опубл.).
Недостатком данного преобразователя является низкая устойчивость, которая обусловлена тем, что накопленная энергия в емкостном фильтре звена постоянного тока недостаточна для поддержания устойчивой коммутации вентилей автономного инвертора.
Известен также преобразователь частоты, содержащий выпрямитель, емкостной фильтр, инвертор напряжения, блок управления, снабженный первым входом, предназначенный для приема сигнала от датчика технологического параметра, и вторым входом, к которому подключен выход датчика, сигнализирующего о нарушении электроснабжения преобразователя. Он снабжен электромеханическим накопителем энергии, который содержит первый выпрямитель, подключенный к системе электроснабжения, емкостной фильтр, первый преобразователь, выход которого подключен к электрической машине, которая вращает маховик, второй преобразователь, выход которого через реактор подключен к емкостному фильтру переменного тока, который подключен ко второму выпрямителю электромеханического накопителя энергии, выходы второго выпрямителя объединены с соответствующими выходами выпрямителя преобразователя частоты.
(Патент РФ №112539, МПК Н02М 5/451, опубл. 10.01.2012 г.)
Недостатком указанного устройства является невысокий коэффициент полезного действия. Это обусловлено тем, что в процессе поддержания механической энергии маховика на заданном уровне в электродвигателе маховика имеют место электрические, магнитные и механические потери энергии. Кроме того, снижается надежность указанного устройства в процессе многократного преобразования энергии как при ее накоплении и сохранении в маховике, так и при ее рекуперации в электродвигатель ответственного механизма.
Задачей полезной модели является создание надежного электронного преобразователя частоты, улучшающего энергетическую эффективность, снижающего чувствительность к кратковременным нарушениям электроснабжения и повышающего коэффициент полезного действия.
Технический результат полезной модели заключается в улучшении энергетической эффективности и повышение надежности преобразователя.
Это достигается тем, что в заявляемом электронном преобразователе частоты, содержащем выпрямитель, емкостной фильтр, инвертор напряжения, блок управления и электромеханический накопитель энергии, согласно полезной модели, дополнительно содержит силовой выключатель, предназначенный для управления подачей силового напряжения на узлы генератора; входной 3-х фазный дроссель, установленный на входе выпрямителя, предназначенного для питания трех однофазных инверторов; DC-фильтр, согласующий трансформатор, АС-фильтр, расположенные в шкафу генератора, а электромеханический накопитель энергии расположен в шкафу накопителя и подключен к звену постоянного тока генератора.
Заявляемый ЭПЧ состоит из двух шкафов: шкафа генератора и шкафа накопителя, установленных в непосредственной близости друг от друга и соединенных силовым и сигнальным кабелями.
Шкаф генератора ЭПЧ содержит: силовой выключатель, входной 3-х фазный дроссель, выпрямитель, сглаживающий дроссель, DC-фильтр, три однофазных инвертора, согласующий трансформатор, АС-фильтр.
Шкаф накопителя содержит батареи конденсаторов большой емкости (суперконденсаторы).
Заявляемый электронный преобразователь частоты работает следующим образом.
Напряжение силового питания 3×380 В подается на входные клеммы автоматического силового выключателя, который предназначен для управления подачей силового напряжения на узлы генератора ЭПЧ и защиты оборудования шкафа.
На входе выпрямителя установлен 3-х фазный токоограничивающий дроссель, предназначенный для ограничения пульсаций входного тока и тока короткого замыкания.
Выпрямитель преобразует 3-х фазное переменное напряжение в регулируемое по амплитуде постоянное напряжение и служит для питания трех независимых однофазных инверторов. Управление тиристорами модулей выпрямителя осуществляется от микропроцессорной системы управления (МПСУ) через модули управления тиристорами.
На выходе выпрямителя установлен DC-фильтр, состоящий из дросселя и конденсаторов, установленных в каждом канале инвертора. DC-фильтр предназначен для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения с целью уменьшения низкочастотной модуляции выходного напряжения и для уменьшения влияния изменения нагрузки и напряжения питающей сети на выходное напряжение генератора ЭПЧ.
Кроме того, на выходе выпрямителя установлены (на чертеже не показаны): датчик напряжения для формировании я сигнала обратной связи по выпрямленному напряжению; резисторы для ограничения зарядного тока конденсаторов шкафа накопителя; предохранитель для защиты цепи заряда и разряда конденсаторов шкафа накопителя от тока короткого замыкания.
С DC-фильтра выпрямленное напряжение поступает на вход инвертора напряжения. Инвертор напряжения состоит из трех однофазных независимых мостовых инверторов со сдвигом фаз выходного напряжения. Инвертор напряжения преобразует входное постоянное напряжение в переменное напряжение с широтно-импульсной модуляцией.
Согласующий трансформатор понижает напряжение инвертора до требуемого значения, а также совместно с конденсаторами (на чертеже не показаны), подключенными на выходе трансформатора, образует АС-фильтр, преобразующий широтно-импульсное модулирование напряжения неизменной амплитуды в синусоидальное напряжение номинальным значением 3×230 В.
Управление генератором осуществляется с пульта на передней двери шкафа.
Шкаф накопителя энергии постоянного тока служит для обеспечения выходного напряжения генератора ЭПЧ в случае пропадания напряжения питающей сети на время до 4-х секунд, при номинальной мощности нагрузки. Выходное напряжение генератора при пропадании входного напряжения обеспечивается энергией запасенной в накопителе, который подключается к звену постоянного тока генератора, достаточной для поддержания работы генератора на требуемое время работы.
Таким образом, заявляемая полезная модель имеет высокий коэффициент полезного действия, благодаря тому, что накопителем энергии является суперконденсатор большой емкости с малыми потерями.