ДВУХЪЯЧЕЙКОВЫЙ РЕЗОНАНСНЫЙ ИНВЕРТОР Российский патент 1994 года по МПК H02M7/523 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника питания для электротехнологических установок.

Известен резонансный инвертор, содержащий соединенный с одним из входных выводов дроссель фильтра, соединенные последовательно первый тиристор, первый коммутирующий дроссель, первый конденсатор фильтра, первый дроссель фильтра и второй дроссель фильтра, второй конденсатор фильтра, второй коммутирующий дроссель и второй тиристор, подключенные ко входным выводам через упомянутый дроссель фильтра, первый коммутирующий конденсатор, второй коммутирующий конденсатор, цепь нагрузки, первый и второй диоды, последовательно соединенные первый тиристор и первый коммутирующий дроссель зашунтированы цепью из последовательно соединенных первого коммутирующего конденсатора и цепи нагрузки, последовательно соединенные второй коммутирующий дроссель и второй тиристор зашунтированы цепью из последовательно соединенных второго коммутирующего конденсатора и цепи нагрузки, первый диод шунтирует цепь из первого коммутирующего дросселя и первого конденсатора фильтра, второй диод шунтирует цепь из второго коммутирующего дросселя и второго конденсатора фильтра [1].

Недостатком резонансного инвертора является низкая надежность его работы в условиях изменяющейся нагрузки из-за перегрузок элементов по току и напряжению при увеличении и снижении сопротивления нагрузки.

Известен резонансный инвертор, содержащий соединенный с одним из входных выводов дроссель фильтра, коммутирующий дроссель, коммутирующий конденсатор, ячейку на тиристоре с встречным диодом, цепь нагрузки, коммутирующий конденсатор и цепь нагрузки соединены последовательно, подключены через упомянутый дроссель ко входным выводам и зашунтированы цепью из последовательно соединенных коммутирующего дросселя и ячейки на тиристоре с встречным диодом [2].

Недостатком резонансного инвертора является низкая надежность его работы в условиях изменяющейся нагрузки из-за перегрузок элементов по току и напряжению при увеличении сопротивления нагрузки, малого уровня обратного напряжения на тиристоре в интервале восстановления управляющих свойств.

Известен резонансный инвертор, содержащий соединенные с одним из входных выводов первый и второй дроссели фильтра, первый и второй коммутирующие дроссели, первый и второй коммутирующие конденсаторы и первую и вторую ячейки на тиристоре с встречным диодом, а также цепь нагрузки, первый коммутирующий дроссель и первая ячейка на тиристоре с встречным диодом, второй коммутирующий дроссель и вторая ячейка на тиристоре с встречным диодом соединены последовательно и подключены через упомянутые первый и второй дроссели фильтра ко входным выводам, первый и второй коммутирующие конденсаторы соединены последовательно и подключены к точкам соединения первого и второго дросселей фильтра с первым и вторым коммутирующими дросселями, цепь нагрузки подключена к точкам соединения первого и второго коммутирующих конденсаторов и первой и второй ячеек на тиристоре с встречным диодом [3].

Недостатком резонансного инвертора является низкая надежность его работы в условиях изменяющейся нагрузки из-за перегрузок элементов по току и напряжению при увеличении сопротивления нагрузки, малого обратного напряжения на тиристоре в интервале восстановления управляющих свойств, малого времени выключения, сложности схемы, большого числа полупроводниковых элементов.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является двухъячейковый резонансный инвертор, который содержит, соединенный с одним из входных выводов дроссель фильтра, первый и второй коммутирующие дроссели, первый и второй коммутирующие конденсаторы и первую и вторую ячейки на тиристоре с встречным диодом, а также цепь нагрузки, первый коммутирующий конденсатор, первый коммутирующий дроссель, цепь нагрузки, второй коммутирующий дроссель, второй коммутирующий конденсатор соединены последовательно и подключены через упомянутый дроссель фильтра ко входным выводам, причем последовательно соединенные первый коммутирующий конденсатор, первый коммутирующий дроссель и цепь нагрузки зашунтированы первой ячейкой на тиристоре с встречным диодом, а последовательно соединенные цепь нагрузки, второй коммутирующий дроссель и второй коммутирующий конденсатор зашунтированы второй ячейкой на тиристоре с встречным диодом.

Недостатком прототипа является низкая надежность его работы в условиях изменяющейся нагрузки из-за перегрузок элементов по току и напряжению при увеличении сопротивления нагрузки, малого обратного напряжения на тиристоре в интервале восстановления управляющих свойств, малого времени выключения, сложности схемы, большого числа полупроводниковых элементов.

Цель изобретения - повышение надежности работы двухъячейкового резонансного инвертора.

Указанная цель достигается тем, что в двухъячейковом резонансном инверторе, содержащем соединенный с одним из входных выводов дроссель фильтра, коммутирующий дроссель, первый и второй коммутирующие конденсаторы, первый и второй тиристоры, а также цепь нагрузки, первый коммутирующий конденсатор, коммутирующий дроссель, цепь нагрузки, второй коммутирующий конденсатор соединены последовательно и подключены через упомянутый дроссель фильтра ко входным выводам, последовательно соединенные первый коммутирующий конденсатор, коммутирующий дроссель и цепь нагрузки зашунтированы первым тиристором, а последовательно соединенные коммутирующий дроссель, цепь нагрузки, второй коммутирующий конденсатор зашунтированы вторым тиристором, дроссель фильтра выполнен с вторичной обмоткой, инвертор снабжен триггером Шмитта, триггером с установочными входами и ключевой схемой, соединенными последовательно, причем вход триггера Шмитта подключен к выводам вторичной обмотки дросселя фильтра, второй вход ключевой схемы соединен с выходом блока управления инвертора, а выход со входами выходных каскадов управления тиристорами блока управления инвертором.

Докажем существенность отличительных признаков предлагаемого двухъячейкового резонансного инвертора. Существенным отличием резонансного инвертора является высокая надежность его работы в условиях изменяющейся нагрузки. Это обусловлено обеспечением защиты инвертора при перегрузке элементов по току и напряжению, достаточно высоким уровнем обратного напряжения на тиристоре в интервале восстановления управляющих свойств, увеличением времени, предоставляемого тиристором для выключения, упрощением силовой схемы, уменьшением числа полупроводниковых элементов, характеризующихся низкой перегрузочной способностью. Повышение надежности является новым качеством двухъячейкового резонансного инвертора, обусловленным отличительными признаками. В силу этого, отличительные признаки предлагаемого двухъячейкового резонансного инвертора являются существенными.

На чертеже приведена схема двухъячейкового резонансного инвертора.

Инвертор содержит первый коммутирующий конденсатор 1, коммутирующий дроссель 2, цепь нагрузки 3, второй коммутирующий конденсатор 4, дроссель фильтра 5, с вторичной обмоткой 6, соединенные последовательно и подключенные ко входным выводам, первый тиристор 7, шунтирующий последовательно соединенные первый коммутирующий конденсатор, коммутирующий дроссель и цепь нагрузки, второй тиристор 8, шунтирующий последовательно соединенные коммутирующий дроссель, цепь нагрузки и второй коммутирующий конденсатор, триггер Шмитта 9, триггер с установочными входами 10, ключевую схему 11, соединенные последовательно. Вход триггера Шмитта подключен к выводам вторичной обмотки дросселя фильтра. Второй вход ключевой схемы соединен с выходом блока управления инвертором 12, а выход - со входами выходных каскадов 13, 14 управления тиристорами блока управления инвертором.

Двухъячейковый резонансный инвертор работает следующим образом. Тиристоры 7, 8 включаются поочередно. При этом за полный цикл работы тиристоров 7, 8 в цепи нагрузки 3 формируется два полных периода переменного напряжения. Начало каждого периода соответствует моменту включения очередного тиристора 7, 8. Отпирание тиристора 7 приводит к колебательному разряду коммутирующего конденсатора 1 по цепи: 1-7-3-2-1. Коммутирующий конденсатор 4 в интервале работы тиристора 7 заряжается от источника питания по цепи: 4-5- "-" - "+" - 7-4. После спада тока в цепи: 1-7-3-2-1 до нуля коммутирующий конденсатор 1 заряжен с полярностью напряжения, противоположной исходной, тиристор 7 выключается и начинается процесс заряда коммутирующего конденсатора 1 по цепи: 1-2-3-4-5- "-"-"+"-1. Ток через цепь нагрузки 3 изменяет направление на противоположное току, протекающему через цепь нагрузки на интервале работы тиристора 7. Коммутирующий конденсатор 4 по прежнему заряжается входным током по цепи: 4-5-"-"-"+"-1-2-3-4. К тиристору 7 на начальном интервале заряда конденсатора 1 прикладывается обратное напряжение и он восстанавливает свои управляющие свойства. С момента выключения тиристора 7 в работе инвертора имеет место пауза. Пауза улучшает гармонический состав выходного тока. Первый период в работе инвертора заканчивается по окончании паузы и включению тиристора 8. При этом электромагнитные процессы в инверторе протекают аналогично. В интервале работы тиристора 8 и очередной паузы формируется второй период выходного переменного напряжения.

При изменении сопротивления нагрузки 3 и возрастании напряжений и токов на элементах увеличивается напряжение на вторичной обмотке 6 дросселя фильтра 5 и происходит переключение триггера Шмитта. Триггер Шмитта 9 переводит триггер с установочными входами 10 в режим "запрета" подачи импульсов управления на тиристоры 7, 8. При этом ключевая схема 11 отключает выход блока управления инвертором 12 от входов выходных каскадов 13, 14 управления тиристорами 7, 8 и происходит выключение инвертора.

Для возобновления работы триггер с установочными входами 10 переводится в режим "разрешения" подачи импульсов управления на тиристоры 7, 8.

По сравнению с прототипом надежность работы предлагаемого двухячейкового резонансного инвертора в составе электротехнологической установки в условиях изменяющейся в широких пределах нагрузки значительно выше. Повышение надежности оценивается по времени наработки на отказ. Время наработки на отказ предлагаемого инвертора в 1,5-1,8 раз выше прототипа и составляет при работе в составе установки индукционного нагрева ориентировочно 2500 ч. Повышение надежности обусловлено защитой инвертора от перегрузок, повышением устойчивости работы за счет увеличения схемного времени выключения и уровня обратного напряжения на тиристорах в интервалах восстановления управляющих свойств, упрощением силовой схемы (уменьшением числа элементов, в том числе полупроводниковых, характеризующихся низкой перегрузочной способностью).

Использование: в преобразовательной технике в качестве источника питания для электротехнологических установок. Сущность изобретения: устройство содержит первый коммутирующий конденсатор 1, коммутирующий дроссель 2, нагрузку 3, второй коммутирующий конденсатор 4, дроссель фильтра 5 с вторичной обмоткой, соединенные последовательно и подключенные ко входным выводам. Тиристоры 7, 8 шунтируют последовательные цепи, состоящие из соответствующего конденсатора 1, 4 дросселя 9 и нагрузки. Триггер Шмитта соединен последовательно с триггером с установочными входами 10 и ключевой схемой 11, подключенной к выходным каскадам управления 13 и 14. 1 ил.

ДВУХЪЯЧЕЙКОВЫЙ РЕЗОНАНСНЫЙ ИНВЕРТОР, содержащий соединенный с одним из входных выводов дроссель фильтра, коммутирующий дроссель, первый и второй коммутирующие конденсаторы, первый и второй тиристоры, а также цепь нагрузки, причем последовательно соединенные первый коммутирующий конденсатор, коммутирующий дроссель и цепь нагрузки зашунтированы первым тиристором, а к последовательно соединенным цепи нагрузки и второму коммутирующему конденсатору подключен второй тиристор, а также блок управления и выходные каскады управления тиристорами, отличающийся тем, что первый коммутирующий конденсатор, коммутирующий дроссель, цепь нагрузки, второй коммутирующий конденсатор соединены последовательно и подключены к входным выводам через упомянутый дроссель фильтра, который выполнен с вторичной обмоткой, подключенной к входу введенного триггера Шмитта, соединенного последовательно с введенными триггером с установочными входами и ключевой схемой, второй вход которой соединен с выходом блока управления, а выход - с входами выходных каскадов управления тиристорами, причем коммутирующий дроссель, цепь нагрузки и второй коммутирующий конденсатор зашунтированы вторым тиристором.