ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ
FREQUENCY CONVERTER

Предложение относится к области электротехники и силовой электроники, в частности к преобразователям с двойным преобразованием электрической энергии.
Известен 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. Отрицательный вывод выпрямителя подключен к отрицательным полюсам 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.
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.
Известно устройство и метод предварительного заряда накопительного конденсатора преобразователя частоты (патент US 20080310202, класс Н02М 5/458, дата приоритета 30.06.2004 г., дата публикации 28.06.2005 г. или патент US 20080239432, класс Н02Н 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 контакт контактора, шунтирующий зарядный резистор после окончания процесса заряда.
Недостатком данного преобразователя частоты является наличие зарядной цепочки, состоящей из дополнительного мощного зарядного резистора и силового контакта контактора, установленных на стороне постоянного тока преобразователя частоты.
Наиболее близким по технической сущности является преобразователь частоты (патент RU 2491702, класс Н02М 5/00, дата приоритета 22.08.2011 г., дата публикации 27.02.2013 г., авторы: Гельвер Ф.А., Махонин С.В.), содержащий входной трехполюсный силовой контактор, выпрямитель, тормозную цепочку, накопительный конденсатор, инвертор напряжения и слаботочное реле. Суть изобретения заключается в использовании тормозного резистора в процессе заряда посредством слаботочного реле напряжения, осуществляющего коммутацию тормозного резистора либо на процесс заряда, либо на процесс торможения.
Недостаток устройства заключается в необходимости использования входного силового контактора и дополнительного реле, осуществляющего коммутацию тормозного резистора. В результате увеличиваются масса, габариты и стоимость устройства, а также существенно снижается надежность.
Предлагаемый преобразователь частоты позволяет существенно упростить конструкцию устройства, повысить надежность, эффективность и улучшить габаритные и эксплуатационные характеристики, а также автоматизировать процесс заряда накопительного конденсатора преобразователя частоты.
Преобразователь частоты, схема которого представлена на Фиг. 1, содержит систему управления 1, контактор, катушка управления 2 которого подключена к системе управления 1, трехфазный выпрямительный мост 3, положительный полюс которого соединен с положительными полюсами инвертора напряжения 4, накопительного конденсатора 5 и тормозной цепочки 6, состоящей из двух диодов 7, 8, транзистора 9 и тормозного резистора 10. Коллектор транзистора 9 и катод первого диода 7 подключены к положительному полюсу накопительного конденсатора 5, а эмиттер транзистора 9 и анод первого диода 7 соединены с катодом второго диода 8 и первым выводом тормозного резистора 10. Отрицательный полюс инвертора напряжения 4 соединен с отрицательным полюсом накопительного конденсатора 5 и анодом второго диода 8 тормозной цепочки 6. Контактор содержит один контакт 11, выводы переменного тока выпрямителя 3 подключены к питающей сети. Отрицательный полюс выпрямителя 3 соединен с вторым выводом тормозного резистора 10 и первым выводом контакта 11 контактора, второй вывод контакта 11 контактора подключен к аноду второго диода 8 тормозной цепочки 6.
Преобразователь частоты, схема которого представлена на Фиг. 2, может иметь катушку управления 2 контактора, подключенную одним выводом к положительному полюсу накопительного конденсатора 5, а другим выводом к отрицательному полюсу накопительного конденсатора 5, а дополнительный контакт 12 контактора подключен к системе управления 1.
Работа преобразователя частоты происходит следующим образом. При подключении преобразователя частоты (Фиг. 1) к питающей сети начнется заряд накопительного конденсатора 5 по цепи фазы А, В, С, трехфазный двухполупериодный выпрямитель 3, положительный вывод выпрямителя 3, накопительный конденсатор 5, второй диод 8 и тормозной резистор 10 тормозной цепи 6 и отрицательный вывод выпрямителя 3. При этом напряжение на конденсаторе 5 будет нарастать по экспоненциальному закону, определяемому номиналом сопротивления тормозного резистора 10 и емкости накопительного конденсатора 5. При этом ток заряда накопительного конденсатора 5 ограничен сопротивлением тормозного резистора 10.
После окончания процесса заряда система управления 1 подаст питание на катушку управления 2 контактора, который, сработав, замкнет свой контакт 11 в цепи, соединяющей отрицательный вывод выпрямителя 3 с отрицательными выводами накопительного конденсатора 5 и инвертора напряжения 4. Включение контакта 11 контактора обеспечит сборку штатной схемы преобразователя частоты и тормозной цепи 6, и начинается работа инвертора напряжения 4 и целиком всего преобразователя частоты по заданному алгоритму управления.
Такое схемное решение позволяет обеспечить заряд накопительного конденсатора 5 через тормозной резистор 10, тем самым совместив в нем функции элемента заряда накопительного конденсатора 5 и элемента тормозной цепи 6. Такие связи элементов преобразователя частоты позволяют избавиться от дополнительного зарядного резистора, тем самым увеличив надежность, улучшив функциональные возможности, уменьшив габариты и массу преобразователя частоты.
С целью автоматизации процесса заряда накопительного конденсатора 5 реле управления 2 может быть подключено параллельно накопительному конденсатору 5 (Фиг. 2). Такое схемное решение позволяет автоматизировать процесс заряда накопительного конденсатора 5 без использования системы управления 1 преобразователем частоты. Работа схемы происходит следующим образом. При подключении преобразователя частоты (Фиг. 2) к питающей сети начнется автоматизированный процесс заряда накопительного конденсатора 5 по цепи фазы А, В, С, трехфазный двухполупериодный выпрямитель 3, положительный вывод выпрямителя 3, накопительный конденсатор 5, второй диод 8 и тормозной резистор 10 тормозной цепи 6 и отрицательный вывод выпрямителя 3. При этом напряжение на конденсаторе 5 и на катушке управления 2 будет нарастать по экспоненциальному закону, определяемому номиналом сопротивления тормозного резистора 10 и емкости накопительного конденсатора 5. При достижении уровня напряжения на катушке управления 2, близкого к номинальному уровню напряжения в звене постоянного тока и равного напряжению втягивания катушки управления 2, контактор сработает и замкнет свои контакты 11 и 12 в цепи постоянного тока преобразователя частоты и цепи системы управления соответственно. Замыкание дополнительного контакта 12 контактора выдаст в систему управления 1 информацию о том, что процесс заряда завершен. Включение контакта 11 контактора обеспечит сборку штатной схемы преобразователя частоты, и начинается работа инвертора напряжения 4 и целиком всего преобразователя частоты по заданному алгоритму управления.
Вариант схемной реализации предложенного преобразователя частоты изображен на фиг. 3. Отличие заключается в ином подключении элементов тормозной цепи.
Таким образом, предлагаемый преобразователь частоты позволяет значительно упростить конструкцию, повысить надежность работы, упрощает изготовление, монтаж и эксплуатацию, снижает вес, габариты и стоимость, а также позволяет автоматизировать процесс заряда накопительного конденсатора.