ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ
FREQUENCY CONVERTER

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и силовой электроники, в частности к преобразователям с двойным преобразованием электрической энергии.
Известен преобразователь частоты (журнал "Электрик", октябрь 2009, "Преобразователь частоты для асинхронных двигателей CFM210", автор А. Шило, с.108-113), содержащий однофазный однополупериодный выпрямитель, инвертор, накопительный конденсатор и зарядный резистор, установленный после выпрямителя и ограничивающий ток заряда конденсатора, и реле, осуществляющее шунтирование этого резистора после окончания заряда. Недостатком данного преобразователя частоты является наличие мощного зарядного резистора и силового реле.
Известны устройство и метод предварительного заряда накопительного конденсатора электрического преобразователя (патент US 20080239432, класс H02H 7/125, дата приоритета 26.09.2008 г., дата публикации 01.04.2010 г.), содержащее выпрямитель, инвертор, накопительный конденсатор и зарядный резистор, установленный после выпрямителя и ограничивающий ток заряда конденсатора, а также контактор, шунтирующий зарядный резистор после окончания заряда. Недостатком известного устройства является необходимость установки дополнительного силового контактора, рассчитанного на полный ток нагрузки, протекающий в звене постоянного тока, и наличие дополнительного зарядного резистора.
Наиболее близким по технической сущности является преобразователь частоты (журнал "Электротехника", декабрь 2001, "Сравнительный анализ алгоритмов управления автономными инверторами напряжения в асинхронных электроприводах", автор Грузов В.Л. с.34-40), содержащий входной силовой контактор, выпрямитель, к положительному выводу которого через сглаживающий дроссель подключены положительные полюса автономного инвертора напряжения, тормозного модуля и накопительного конденсатора, а к отрицательному выводу подключены отрицательные полюса автономного инвертора напряжения, тормозного модуля и накопительного конденсатора. Заряд накопительного конденсатора производится с использованием трех токоограничительных зарядных резисторов, которые подключены параллельно трем силовым контактам входного контактора. Один из выводов каждого резистора подключен к фазе питающей сети, а другой вывод подключен к выводу переменного тока выпрямителя.
Недостаток устройства заключается в необходимости использования трех дополнительных зарядных резисторов, ограничивающих зарядный (пусковой) ток конденсатора. В результате увеличиваются масса, габариты и стоимость устройства, снижается надежность. Кроме того, требуется регулярное наблюдение за цепью заряда накопительного конденсатора. Еще одним недостатком такой схемы является и то, что при выключенном контакторе схема преобразователя частоты находиться под силовым напряжением.
Предлагаемый преобразователь частоты позволяет существенно упростить конструкцию устройства, повысить надежность, эффективность и улучшить габаритные и эксплуатационные характеристики.
Устройство, схема которого представлена на чертеже, содержит систему управления 1, входной силовой контактор с главными контактами 2 и катушкой 3, соединенный с входом трехфазного выпрямительного моста 4 и обеспечивающий его подключение к питающей сети. К выходу выпрямителя подключены автономный инвертор напряжения 5, накопительный конденсатор 6 и тормозной транзисторный модуль 7. В состав устройства входят также тормозной, он же пусковой, резистор 8 и реле заряда, состоящее из катушки управления 9, одного переключающего 10 и одного замыкающего 11 контактов. С положительным полюсом накопительного конденсатора 6 связан коллектор и катод параллельно соединенных транзистора 12 и первого диода 13 тормозного транзисторного модуля 7, а с отрицательным полюсом - анод второго защитного диода 14, катод которого соединен с эмиттером и анодом параллельно соединенных транзистора 12 и диода 13 и первым выводом тормозного резистора 8. Второй вывод тормозного резистора 8 через переключающий контакт 10 реле заряда соединен с отрицательным полюсом накопительного конденсатора 6 или одной из фаз питающей сети. К другой фазе питающей сети параллельно одному из контактов 2 входного контактора, подключен замыкающий контакт 11 реле, а его катушка 9 связана с системой управления. Трехфазный выпрямительный мост состоит из шести диодов собранных по схеме "Ларионова", два из которых 15 и 16 участвуют в процессе заряда накопительного конденсатора 6. Силовые контакты 2 контактора управляются катушкой 3, подключенной к системе управления 1.
BC
BC
BC
BC
Работа преобразователя частоты происходит следующим образом. При включении преобразователя по сигналу от системы управления 1 запитывается катушка реле 9. При этом замыкается контакт 11 и переключается контакт 10, образуя зарядную цепь накопительного конденсатора - фаза В, перекидной контакт 10, тормозной резистор 8, один из диодов 13 или 14 тормозного транзисторного модуля 7 (в зависимости от полярности напряжения U), накопительный конденсатор 6, один из диодов 15 или 16 диодного моста 4 (в зависимости от полярности напряжения U), контакт 11 реле, фаза С. При положительной полуволне напряжения U будут работать диоды 13 и 16, при отрицательной полуволне напряжения U будут работать диоды 14 и 15. Таким образом, схема заряда представляет собой однофазный двухполупериодный выпрямитель с ограничением тока заряда тормозным резистором 8.
После окончания процесса заряда система управления 1 отключит реле 9, которое переключит контакты 10 и 11 в исходное состояние. При этом вновь организуется тормозная цепь - тормозной модуль 7 и тормозной резистор 8, подключенные к шинам звена постоянного тока двухзвенного преобразователя частоты. После чего осуществляется включение катушки 3 входного силового контактора, обеспечивающего подключение преобразователя частоты к питающей сети контактами 2, и начинается работа инвертора напряжения по заданному алгоритму.
Контакты 10 и 11 реле должны быть рассчитаны на коммутацию зарядного тока конденсатора и пропускание тока торможения через резистор 8.
Таким образом, предлагаемое устройство существенно упрощает конструкцию преобразователя, повышает эффективность и надежность работы, упрощает его изготовление, монтаж и эксплуатацию, снижает вес, габариты и стоимость.