МОСТОВОЙ ИНВЕРТОР Российский патент 2003 года по МПК H02M7/42 H02M7/523 

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике, в частности к преобразователям энергии постоянного тока в энергию переменного тока, и может найти применение в различных отраслях промышленности при создании источников питания повышенной частоты для установок индукционного нагрева.

Известен последовательный мостовой инвертор тока, каждое плечо которого состоит из пар встречно-параллельно включенных тиристора и диода и последовательно включенной обмотки реактора, в диагональ моста включены коммутирующий конденсатор, дроссель и нагрузка, мост подключен к источнику питания через дроссель постоянного тока, причем обмотки реактора синфазных плеч моста выполнены на одном насыщающемся магнитопроводе и включены согласно [1] .

К недостаткам данной схемы необходимо отнести недостаточно высокую надежность ввиду того, что напряжение на тиристорах схемы высоко из-за наличия двух коммутирующих катушек индуктивности с высокой разностью потенциалов.

Известен также последовательный инвертор тока, содержащий подключенный к источнику питания через входной дроссель вентильный мост, в диагональ переменного тока которого включены последовательно соединенные нагрузка, коммутирующие дроссель и конденсатор, а каждое плечо моста образовано встречно-параллельными управляемым и неуправляемым вентилями и одной из обмоток четырехобмоточного трансформатора [2].

В данном инверторе обеспечены равные напряжения на всех вентилях, однако он сложен, так как имеет четыре силовых обратных вентиля и четырехобмоточный трансформатор. При работе на больших мощностях и высоких частотах надежность инвертора снижается из-за того, что падение напряжения на индуктивной составляющей сопротивления цепей обратных вентилей может превышать по величине падение напряжения на последних.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является инвертор, содержащий подключенный к одному из входных выводов мост на управляемых вентилях, в диагональ переменного тока которого включены последовательно соединенные цепь нагрузки, коммутирующие дроссель и конденсатор, а диагональ постоянного тока зашунтирована обратно включенным неуправляемым вентилем, демпфирующая RC-цепочка шунтирует диагональ постоянного тока моста, соединенного с другим входным выводом через дополнительный дроссель, выполненный с индуктивностью, превышающей по крайней мере на порядок индуктивность коммутирующего дросселя [3].

К недостаткам данной схемы следует отнести невысокую надежность, объясняемую повышенными напряжениями на тиристорах инвертора при переменной нагрузке.

Задачей, решаемой данным изобретением, является уменьшение напряжения на тиристорах инвертора, что существенно повышает надежность устройства.

Поставленная задача решается инвертором, содержащим подключенный к одному из входных выводов мост на управляемых вентилях, в диагональ переменного тока которого включена цепь нагрузки, а диагональ постоянного тока зашунтирована обратно включенным неуправляемым вентилем, демпфирующая RC-цепочка шунтирует диагональ постоянного тока моста, соединенного с другим входным выводом через дополнительный дроссель, выполненный с индуктивностью, превышающей по крайней мере на порядок индуктивность коммутирующего дросселя. Новым является то, что коммутирующие дроссель и конденсатор подключены параллельно обратному неуправляемому вентилю.

На фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема инвертора; на фиг. 2 - временные диаграммы токов и напряжений в ней (индексы в обозначениях токов и напряжений соответствуют позиционным обозначениям элементов схемы, в которых протекает показанный ток или на которых присутствует показанное напряжение).

Инвертор содержит подключенный к источнику питания через дополнительный дроссель 1 инверторный мост 2, в диагональ переменного тока которого включена нагрузка 3, причем плечи моста 2 образованы управляемыми вентилями 4-7, а диагональ постоянного тока зашунтирована обратно включенным неуправляемым вентилем 8.

Демпфирующая RC-цепочка 9 состоит из резистора 10 и конденсатора 11, подключенных параллельно неуправляемому вентилю 8. Параллельно ему подключен коммутирующий дроссель 12 и коммутирующий конденсатор 13.

Дополнительный дроссель 1 выполнен с индуктивностью, превышающей, по крайней мере, на порядок индуктивность коммутирующего дросселя 12.

Инвертор работает следующим образом.

Поскольку индуктивность дополнительного дросселя 1 достаточно велика, выходной ток инвертора практически постоянный.

В момент t0, когда включается вентиль 4 и 7, конденсатор 13, заряженный в момент t0 напряжением с полярностью, указанной на фиг.1, начинает перезаряжаться по контуру 12-4-3-7. Амплитуда тока перезаряда конденсатора 13 превышает входной ток инвертора, поэтому на интервале t1...t2 включается неуправляемый вентиль 8 и ток перезаряда конденсатора 13 течет по контуру 8-12. Этот интервал является временем, предоставляемым на восстановление управляемости вентилями 4 и 7.

В момент t2 ток вентиля 8 прерывается и входной ток инвертора дозаряжает конденсатор 13 через элементы 1 и 12 до величины исходного напряжения (см. кривую u 5 на фиг.2).

В момент t3 импульсами системы управления включаются вентили 6 и 5. На интервале t4...t5 вновь проводит неуправляемый вентиль 8 и вентили 6 и 5 восстанавливают свою управляемость. После выключения вентиля 8 на интервале t5. . .t6 ток от источника питания по цепи 1-12 дозаряжает конденсатор 13 до величины и полярности напряжения, существующих в момент t0.

Таким образом, к моменту t6 заканчивается полный цикл электромагнитных процессов, формирующих полный период кривой тока нагрузки инвертора. Далее эти циклы повторяются.

Ввиду относительно длительного времени отключения вентилей, в моменты t2 и t5 включения неуправляемого вентиля 8 обрыв тока в нем происходит при больших его значениях.

Скачки тока приводят к генерации перенапряжений коммутирующим дросселем 12, ограничение этих перенапряжений по амплитуде и скорости нарастания обеспечивает демпфирующая цепочка 9. Как видно из фиг.1, демпфирующая цепочка 9 подключена через конденсатор 13 к коммутирующей индуктивности 12, обеспечивая ограничение коммутационных перенапряжений.

Как видно из фиг. 2, ток и напряжение в нагрузке 3 имеют практически синусоидальную форму с паузой, потому что ток перезаряда коммутирующего дросселя 12 и конденсатора 13 протекает через неуправляемый вентиль 8.

Использование предложенной схемы позволяет вдвое снизить амплитуду напряжения на тиристорах инвертора. Напряжение на тиристорах инвертора u 4, 7 и u 5, 6 в два раза меньше напряжения на диоде u 8 и значительно меньше, чем в известной схеме инвертора, принятой в качестве прототипа изобретения, что существенно повышает надежность устройства.

Источники информации
1. Патент РФ 2000647, М. кл. (7) Н 02 М 7/523, 1993.

2. Авторское свидетельство СССР 1328907, М. кл. (7) Н 02 М 7/523, БИ 29, 1987.

3. Авторское свидетельство СССР 1735988, М. кл. (7) Н 02 М 7/523, БИ 19, 1992 (прототип).

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике, в частности к преобразователям энергии постоянного тока в энергию переменного тока, и может найти применение в различных отраслях промышленности при создании источников питания повышенной частоты для установок индукционного нагрева. Техническим результатом является уменьшение напряжения на тиристорах инвертора, что существенно повышает надежность устройства. Мостовой инвертор содержит подключенный к одному из входных выводов мост на управляемых вентилях, в диагональ переменного тока которого включена цепь нагрузки, а диагональ постоянного тока зашунтирована обратно включенным неуправляемым вентилем. Демпфирующая RC-цепочка шунтирует диагональ постоянного тока моста, соединенного с другим входным выводом через дополнительный дроссель, выполненный с индуктивностью, превышающей по крайней мере на порядок индуктивность коммутирующего дросселя. Последовательно включенные между собой коммутирующие дроссель и конденсатор подключены параллельно обратному неуправляемому вентилю. 2 ил.

Мостовой инвертор, содержащий подключенный к одному из входных выводов мост на управляемых вентилях, в диагональ переменного тока которого включена цепь нагрузки, а диагональ постоянного тока зашунтирована обратно включенным неуправляемым вентилем, демпфирующая RC-цепочка которого шунтирует диагональ постоянного тока моста, соединенного с другим входным выводом через дополнительный дроссель, выполненный с индуктивностью, превышающей, по крайней мере, на порядок индуктивность коммутирующего дросселя, отличающийся тем, что последовательно включенные между собой коммутирующие дроссель и конденсатор подключены параллельно обратному неуправляемому вентилю.