Инвертор Советский патент 1984 года по МПК H02M7/515 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может найти приме нение в источниках питания. Известны преобразователи частоты, содержащие выпрямитель, фильтр, инвертор, систени управления и защиты. Недостатком преобразователя является пониженный КПД при регулировани мощности. Наиболее близким к изобретению является способ, который реализует статический регулируемый преобразова тель частоты, содержащий автономный инвертор, входной дроссель, конденсатор, фильтр, генератор импульсов управления, генератор импульсов переключения, управляемое инерционное звено, датчик напряжения. В этом преобразователе регулирова ние выходной мощности происходит путем изменения частоты инвертирования так, что она периодически принимает значение резонансной частоты и кратной ей, причем при изменении частоты от одного значения до другого измеряют напряжение на элементах инвертора, срав нивают его с опорным напря жением и изменяют частоту так, чтобы значение напряжения не превышало опорного, выбранного из условия допустимо:го перенапряжения на элемента инвертора. Недостатком такого устройства является то, что при повышении на,дежности несколько снижается КПД преобразователя, потому что 5-20% времени,в зависимости от уровня допустимых перенапряжений на элементах схемы, он работает не на резонансной частоте нагрузки и не кратной ей, ана промежуточных частотах. Цель изобретения - увеличение КПД статического преобразователя частоты ПосТс1вленная цель достигается тем что в инверторе, содержащем подключенную к входным выводам через входной дроссель преобразовательную ячей ку, параллельно которой через последовательный конденсатор фильтра подключена цепь нагрузки, а также генератор управления, подключенный к ячейке, и генератор переключения, до полнительно параллельно преобразовательной ячейке подключена последовательная цепочка из двух встречно-параллельно включенных.зарядного и раз рядного ключей и дополнительного кон денсатора, причем вхрд управления за рядного- ключа подключен к выводу генератора переключения через формирователь и логическую схему НЕ, а вход управления разрядного ключа под ключен к выходу генератора переключения через другой формирователь и логическую схему И, другой вход кото рой подключен через триггер к датчику срыва, а вход генератора управления подключен к выходу генератора пе реключения. Таким образом, в момент перехода частоты инвертирования с резонансной частотой на кратную ей включается ключ, через который дополнительный конденсатор заряжается и реактивная энергия, накопленная в индуктивности входного дросселя, распределяется между фильтровым и дополнительным конденсатором. Этим предотвращается заброс напряжения на конденсаторе фильтра и следовательно, перенапряжения на элементах инвертора. Емкость дополнительного конденсатора может быть в несколько раз больше емкости конденсатора фильтра, но по габаритам он может быть меньше, так как через него не протекает рабочий ток инвертора и ре активная мощность его мала. Поскольку суммарная емкость конденсатора фильтра возрастает в предлагаемом устройстве, величина индуктивности дросселя может быть выбрана много больше, чем в известных устройствах. Уменьшается шунтирование переменной составляющей сетью и следовательно повышается КПД системы. В момент перехода частоты инвертирования с кратной резонансной на резонансную включается ключ, разряжающий дополнительный конденсатор, и реактивная энергия, накопленная в дополнительном конденсаторе,переходит в конденсатор фильтра и поэтому устраняется .провал напряжения на конденсаторе фильтра. В случае срыва инвертирования управляющий импульс разряжающего ключа блокируется системой защиты, что предотвращает разряд дополнительного конденсатора, через тиристоры инвертора . j На фиг.1 представлена функциональная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - временные диаграммы его работы. Устройство состоит из входного дросселя 1, фильтрового конденсатора 2 , преобразовательных ячеек 3, генератора 4 импульсов управления, генератора 5 импульсов переключения, триггера 6, логической схемы НЕ 7, двух встречно-параллельных ключей односторонней проводимости зарядного 8 и разрядного 9, дополнительного конденсатора 10, логической схемы И 11, датчика 12 срыва, нагрузки 13, формирователей 14 и 15 импульсов управления ключами. К плюсу источника питания через входной дроссель 1 подключены общей точкой встречно-параллельные ключи односторонней проводимости зарядного 8 и разрядного 9, фильтровый конденсатор 2, преобразовательная ячейка 3, другой обкладкой

Конденсатор 2 фильтра подключен к нагрузке 13, другой общей точкой ключи 8 и 9 соединены с обкладкой до- полнительного конденсатора 10, который другой обкладкой подключен к минусовому выводу питания преобразовательной ячейки 3, второму выводу нагрузки 13 и минусу источника питания, в управляющей цепи выход генератора 5 импульсов переключения подключен к управляющему входу генератора 4 импульсов управления, далее к логической схеме RE 7 и через формирователь 14 к управляющему входу зарядного ключа 8 подключен первый вход логической схемы И 11, выход схемы И подключен через форкшрователь 15 к управляющему входу разрядного ключа 9, выход инвертора подключен к входу датчика 12 срыва, выход датчика 12 срыва подключен к входу триггера б, выход которого подключен к второму входу логической схемы и 11.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 4 импульсов управления вырабатывает импульсы, частоты инвертирования (диаграмма 16), которые поступают на преобразовательные ячейки 3. Генератор 5 импульсов переключения выдает импульсы с установленной скважностью (диаграмма 17) на управляющий вход генератора 4 импульсов управления, меняя его параметры. Высокий потенциал логической 1 на выходе генератора 5 импульсов переключения соответствует частоте инвертирования резонанса, а нулевой потенцисш .логического О соответствует частоте инвертирования, кратной резонансной. Этими же импульсами геH gpaTopa 5 осуществляется управление : встречно-пар.аллельными ключами односторонней проводимости, по переднему и заднему фронтам импульсов диаграммы 17 формируются импульсы диаграммы 20 и 21 формирователями 14 и 15.

В момент перехода частоты инвер- о тирования с резонансной на кратную ей выход логической схемы НЕ 7 переключается с нулевого потенциала логического О на высокий потенцисШ ло.ги5 ческой 1 и по переднему фронту им/пульса (диаграмма 18) формирователем 14 формируется управляющий импульс (диаграмма 20j , .включаясь, зарядный ,ключ 8 подключает параллельно филь0 тровому конденсатору 2 дополнительный конденсатор 10. Напряжение на фильтровом конденсаторе 2 без дополнительного конденсатора 10 показано на диаграмме 19, ас подключением

5 дополнительного конденсатора на диаграмме 22. На первом входе логической схемы И 11 присутствует логический О, ключ .9 закрыт.

В момент перехода с кратной резоQ нансной на резонансную частоту зарядный ключ В закрыт, на первый вход логической схемы И 11 поступает высокий потенциал логической 1 с генератора 5 переключения, на второй

5 вход логической схемы И 11 с триггера 6, находящегося в исходном состоянии, подается высокий потенцигш логической 1. Диаграмма импульсов на выходе логической схемы И 11 повторя ет диаграмму 17. Формирователь 15

0 по переднему фронту импульса генератора переключения формирует управляющий импульс (диаграмма 21) для ключа 9. Происходит перераспределение энергии между конденсатором 2

5 фильтра и дополнительным конденсатором 10. Ключ 8 закрыт, так как на выходе логической схемы НЕ 7 присутствует логический О.

В момент срыва моста датчик 12

0 выдает импульс на триггер б, перебрасывая его в другое устойчивое состояние, на втором входе логической схемы И 11 появляется логический О, который блокирует ее и выключает раз5 рядный ключ 9, либо логическая схема И 11 не допускает его включения.

Фиг. 2

ИНВЕРТОР, содержащий подключенную к входным выводам через входной дроссель преобразовательную ячейку, параллельно которой через последовательный конденсатор фильтра подключена цепь нагрузки, а также генератор управления, подключенный к ячейке, и генератор переключения, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, параллельно преобразовательной ячейке подключена последовательная цепочка из дву1 встречно-параллельно включенных зарядного и разрядного ключей и дополнительного конденсатора, причем вход управления зарядного ключа подключен к выходу генератора переключения через форг-лирователь и логическую схему НЕ, а вход управления разрядного ключа подключен к выходу генератора переключения через другой формирователь и логическую схему И, другой вход которой подключен через триггер к датчику срыва инвертора, а. вход генератора управления подключен к выС ходу генератора переключения.