ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ
FREQUENCY CONVERTER

Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для использования в электроприводах переменного тока, управляемых оптоэлектронными изоляторами, и источниках вторичного электропитания.
Известен частотно-регулируемый электропривод переменного тока (патент РФ №2136103, Н02Р 7/62, Н02М 5/45 от 30.06.1998 г.) - аналог, содержащий силовой трехфазный выпрямитель, вторичный трехфазный мостовой преобразователь, входы управления которого соединены с выходами микропроцессорного контроллера, двигатель электропривода подключен к выходу преобразователя, сбалансированную резистивную мостовую схему, интегрирующую емкость, дифференциальный нормирующий усилитель и аналого-цифровой преобразователь.
Недостатком данного изобретения является отсутствие защиты силовых ключей мостового преобразователя от возникновения сквозного тока в плече моста при переходных процессах питания преобразователя.
Известен преобразователь частоты (патент РФ №21224801, Н02М 5/275, H01L 25/03 от 28.11.1996 г.) - прототип. В преобразователе частоты с промежуточным звеном постоянного тока и силовым блоком, представляющим собой мостовую схему на транзисторных ключах, введены защиты этих ключей от возникновения сквозного тока в плече при переходных процессах выключения преобразователя. Первая из этих защит осуществляется введением последовательно с конденсатором фильтра питания ограничивающего резистора, зашунтированного диодом, вторая - введением сигнала разрешения преобразования с вторичной обмотки сетевого трансформатора.
Недостатком данного изобретения является отсутствие защиты управления мостового инвертора при переходных процессах питания элементов преобразователя.
Предлагаемый преобразователь частоты устраняет перечисленные выше недостатки. Техническим результатом изобретения является введение дополнительной защиты управления мостового инвертора при переходных процессах питания элементов преобразователя.
Для достижения указанного технического результата в преобразователь частоты, содержащий сетевой выпрямитель, состоящий из трансформатора и диодного моста, при этом первичная обмотка трансформатора подключена к сети, а вторичная обмотка через диодный мост, П-образный CLC-фильтр и трехфазный инвертор, состоящий из транзисторных ключей, включенных по мостовой схеме с обратными диодами, и датчиков тока нагрузки и тока потребления, соединена с нагрузкой, при этом последовательно со вторым конденсатором CLC-фильтра включен первый резистор, зашунтированный диодом, переходящим при разряде второго конденсатора CLC-фильтра в непроводящее состояние, блока управления и защиты, к тому же к частям вторичной обмотки трансформатора сетевого выпрямителя подключено пороговое устройство, выход которого подключен к входу разрешения включения преобразования блока управления и защиты, который обеспечивает управление транзисторными ключами и обработку сигналов датчиков тока нагрузки и тока потребления, добавлено блокирующее устройство управлением инвертора, к положительной шине питания которого подключены блок управления и защиты, эмиттер транзисторного ключа pnp-типа, между эмиттером и базой транзисторного ключа включен второй резистор, к базе транзисторного ключа через третий резистор подключен катод стабилитрона, а анод стабилитрона, блок защиты и управления соединены с общей шиной питания, к коллектору транзисторного ключа подключены аноды шести параллельно соединенных светодиодов, катоды шести параллельно соединенных светодиодов через шесть токоограничивающих резисторов соединены с входами блока управления и защиты, каждый светодиод зашунтирован четвертым-девятым резисторами.
На фигуре 1 показана структурная схема предлагаемого преобразователя частоты. На фигуре 2 показана структурная схема блокирующего устройства управления инвертором.
На фигуре 1 показано:
1 - трансформатор;
2 - выпрямитель;
3 - П-образный CLC-фильтр;
4 - первый конденсатор;
5 - дроссель;
6 - второй конденсатор;
7 - первый резистор;
8 - диод;
9 - инвертор;
10 - блок управления и защиты;
11 - блокирующее устройство управления инвертором;
12 - пороговое устройство;
13 - нагрузка.
На фигуре 2 показано:
10 - блок управления и защиты;
14 - стабилитрон;
15 - второй резистор;
16 - транзисторный ключ рпр-типа;
17 - третий резистор;
18 - первый вход блока управления и защиты;
19 - второй вход блока управления и защиты;
20 - четвертый резистор;
21 - первый светодиод;
22 - первый токоограничивающий резистор;
23 - девятый резистор;
24 - шестой светодиод;
25 - шестой токоограничивающий резистор.
Преобразователь частоты состоит из трансформатора 1, первичная обмотка которого подключена к питающей сети. К вторичной обмотке трансформатора 1 подключен выпрямитель 2, нагруженный на П-образный CLC-фильтр 3, состоящий из первого конденсатора 4, дросселя 5 и второго конденсатора 6. Последовательно с конденсатором 6 включен первый резистор 7, зашунтированный диодом 8. Полярность диода 8 такова, что при разряде конденсатора 6 он запирается. К выходу фильтра 3 подключен инвертор 9, состоящий из транзисторных силовых ключей, включенный по мостовой схеме. Инвертор содержит датчики тока нагрузки и тока потребления, обратные диоды (на фигурах 1, 2 не указаны).
Управление транзисторными силовыми ключами, обеспечение заданных частот, обработку сигналов датчиков осуществляет блок управления и защиты 10, входы которого связаны с инвертором 9. Выход блока управления и защиты 10 связан с блокирующим устройством управления инвертора 11, выход которого связан с инвертором 9.
К части вторичной обмотки трансформатора 1 подключено пороговое устройство 12, выход которого подключен к входу разрешения преобразования блока управления и защиты 10.
Нагрузкой 13 инвертора 9 может быть, например, асинхронный двигатель или выпрямитель.
В процессе работы преобразователя транзисторы в каждом плече моста инвертора 9 включаются поочередно. При этом блок управления и защиты 10 обеспечивает включение одного из транзисторов только тогда, когда второй транзистор выключен. Однако имеется вероятность того, что при сбое блока управления и защиты 10 оба транзистора могут быть на некоторое время открыты, и конденсатор 6 оказывается замкнутым накоротко. В этом случае происходит быстрое нарастание тока в плече. Имеющаяся в блоке управления и защиты 10 схема защиты от короткого замыкания имеет некоторую задержку срабатывания, и поэтому велика вероятность того, что транзисторы инвертора 9 успеют выйти из строя. Первый резистор 7 ограничивает ток разряда конденсатора 6 до величины, не вызывающей выхода из строя транзисторов на то время, пока не сработает схема защиты от короткого замыкания. Диод 8 необходим для исключения импульсов перенапряжения, возникающих, например, при быстром снижении скорости двигателя, являющейся нагрузкой преобразователя.
При переходных процессах питания преобразователя транзисторы инвертора 9 необходимо удерживать в состоянии «выключено» до тех пор, пока напряжение питания достигнет величины, при которой происходит управление и защита. Предлагаемый преобразователь частоты содержит блокирующее устройство управления инвертором 11, обеспечивающее работу транзисторов инвертора 9 только при достижении питающего напряжения элементов преобразователя заданного уровня.
Блокирующее устройство управления инвертором 11 состоит из стабилитрона 14, катод которого через второй резистор 15 соединен с базой транзисторного ключа pnp-типа 16 и третьим резистором 17. Третий резистор 17, эмиттер транзисторного ключа pnp-типа 16, первый вход 18 блока управления и защиты 10 подключены к положительной шине питающего напряжения +5 В, а анод стабилитрона 14 и второй вход 19 блока управления и защиты 10 - к общей шине питания 0 В, коллектор транзисторного ключа pnp-типа 16 соединен с анодами первого - шестого светодиодов 21, 24, входящими в состав оптоэлектронных изоляторов (на фигурах 1, 2 не указаны). Катоды первого - шестого светодиодов 21, 24 через первый - шестой токоограничительные резисторы 22, 25 соединены с блоком управления и защиты 10. Первый - шестой светодиоды 21, 24 зашунтированы четвертым - девятым резисторами 20, 23.
Стабилитрон 14 обеспечивает включение транзисторного ключа pnp-типа 16 только при напряжении питания более 4,5 В. При включении транзисторного ключа pnp-типа 16 через первый - шестой светодиоды 21, 24 протекает ток, при котором они могут быть включены, обеспечивая работу транзисторов инвертора 9. В случае, если напряжение питания элементов преобразователя будет меньше 4,5 В, то транзисторный ключ pnp-типа 16 будет выключен, и транзисторы инвертора 9 будут закрыты.