Автономный инвертор Советский патент 1984 года по МПК H02M7/515 H02P13/18 

Изобретение относится к преобра зевательной технике и может йайти широкое применение при проектировании источников высокочастотного питания для индукционного нагрева и плавки металлов.

Известен -автономный инвертор , содержащий подключенные последовательно к входным зажимам через.дроссель фильтра тиристорные мосты с ;.. коммутирующим конденсатором в -диагонали, а также две последовательные цепи лз конденсаторов Фильтра и ком-, мутирующих дросселей, диод, включенный между обйшми точками крнденсаторов фильтра и коммутирующих дросселей, последние выполнены магнитносвязанными, причем один из коммутирующих дросселей присоединен .со стороны положительного входного зажима, а другой - со стороны отрицательного входного зажима 1 и 12..

Недостатком схемы данного инвертора является пониженный КПД при частотном способе автоподстройки частоты, так как максимальное значение эквивалентного активного сопротивления нагрузки, а значит и мощности, достигается при частоте ц.ес-колько болеевысокой, чем частота резонанса, но более низкой, чем частота собственных колебаний нагрузочного контура.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является автономный инвертор, содержащий тиристорный мост с коммутирующим конденсатором в одной диагонали, другая диагональ которого образована последовательно соединенными первичной обмоткой ком1 утирующего трансформатора, магнитно-связанной с вторичной, фильтровым конденсатором и нагрузкой, при этом источник питания , подключен одним выводом через входной дроссель к фильтровому .конденсатору, а вторым - к нагрузке, вторичная обмотка коммутирующего трансФорматора через сбрасывающий диод подключена параллельно цепочке, состоящей из фильтрового конденсатора и нагрузки, а также блока управления 3 .

Недостатком данной схемы инвертора является пониженный КПД при частотном способе автоподстройки частоты, так как максимальное значение эквивалентного активного сопротивления нагрузки, а значит и мощности, достигается при частоте несколько более высокой, чем частота резонанса, но более низкой, чем частота собственных колебаний нагрузочного контура.

Цель изобретения - повьииение КПД инвертора.

Поставленная цель достигается тем, что в схему автономного инвертора.

содержащего тиристорнЕЛй мост с коммутирующим конденсатором в одной диагонали, другая диагональ которого образована последовательно соединенными первичйой обмоткой коммутирующего трансформатора, магнитно-связанной с вторичной, фильтровым конденсатором и нагрузкой, при этом источник питания подключен одним выводом через входной дроссель к фильтровому конденсатору, а вторым - к нагрузке, вторичная обмотка коммутирующего трансформатора через сбрасываю;1ций диод подключена параллельно цепочке, состоящей из фильтрового конденсатора и нагрузки, а также блок управления, введены датчик тока сбрасывающего диода, резистор, RC-цепь, аналого-цифровой преобразователь, генератор тактовых импульсов, регистр памяти, дискриминатор и селектор г причем датчик тока сбрасывающего диода, зашунтирован резистором и подключен через интегрирующую RC-цепочку к аналого-цифровому преобразователю, выходы которого подключены к первым входам дискриминатора и регистра памяти, к второму входу последнего подключен генератор тактовых импульсов, а выход связан с вторым входом дискриминатора, выхс(й которого через селектор соединен с входом задающего генератора блока управления.

а чертеже приведена принципиальная электрическая схема инвертора.

Автсшомный инвертор содержит тиристорный мост 1 (тиристоры 2 - 5) с кoм Qrтиps ющим конденсатором б в одной диагонали, другая диагональ которого образована последовательно соединенными первичной обмоткой 7 коммутирующего - рансформатора 8, магнитно-связанной с вторичной 9, фильтровым конденсатором 10 и нагрузкой 11, при этом источник 12 питания подключен одним выводом через входной дроссель 13 к фильтровому конденсатору 10, а вторым - к нагрузке 11, вторичная обмотка 9 коммутирующего трансформатора 8 через сбрасывающий диод 14 подключена параллельно цепочке, состоящей из фильтрового ксдаденсатора 10 и нагрузки 11, причем управляющие электрбды тиристсфов 2-5. моста 1 через распределитель 15 и формирователь 16 импульсов управления связаны с задающим генератором 17, датчик 18 тока отсекакхцего диода 14, зашунтированный резистором 19 и подключенный через интегрирующую RC-цепочку 20 и 21 к аналого-цифровому преобразователю 22, генератор 23 тактовых импульсов, регистр 24 памяти, дискриминатор 25 и селектор 26, при этом выходы аналого-цифрового преобразователя 22 подключены к первым входам дискриминатора 25 и регистра 24 памяти, к второму входу последнего подключен генератор 23 тактовых импульсов, а выход связан с вторым входом дискриминатора 25, выход дискриминатора 25 через селектор 26 соединен с зходом задающего генератора 17.

АВТОНОМНЫЙ инвертор работает, следукяцим образом.

Пусть фильтровый конденсатор 10 нормально заряжен до напряжения йстрчника 12 питания через входной дроссель 1-3 и нагрузку 11, -а коммутирующий конденсатор 6 заряжен до напряжения с полярностью, указанной на чертеже.

Импульсы управления, вырабатнваемые задакхцик генератором 17, усиливаются формирователем 16 и распределяются с Помощью Распределителя 15 импульсов по тиристорам 2, 4 и

3,;5V/- .- . . При вкJШчeнии тиристоров 2 и 4 начинается колебательный процесс перезарядки коммутирующего конденсатора 6, полярность напряжения на обмотках 7 и 9 коммутирующего трансформатора 8 при этом такова, что сбрасывающий диод 14 закрыт.

При переходе тока тиристоров j2 и 4 через максимальное значение полярность напр$гасения на обмотках 7 и 9 коммутирующего трансформатора 8 меняется на противоположную и, как только напряжение на обмотке 9 станет вьаше сум1Ф1 напряжений фильтрового конденсатора 10 ц нагрузки 11, включается сбрасываю&шй Диод 14 сбрасывая излишикио реактивную энергию с коммутирующего трансформатора 8 на фильтровый кЬденсатор 10 и нагрузку 11, ограничивая рост йапряжения на элементах схемы. Ток тиристоров 2 и 4 при этом резко падает и они выключаются. Тиристоры 3 и 5 работают аналогично.

, ; ,

При работе автономного инвертора со сбрас в скцими диодами на нагрузку, изменяющую в широком диапазоне свои параметры (например, индукционный нагрев или плавка металлов), среднее значение тока сбрасывакхцего диода также меняется .в ошроком диапазоне. Основное значение сбрасываю щих диодов в автономных инверторах

заключается в отводе излишней реактивной энергии от коммутирующих элементов к источнику постоянного тока. Этим ограничивается рост напряжения на элементах схемы инверторов. Чем больше ток диода, тем большее количество реактивной энергии отдается источнику постоянного тока и меньше мощности потребляется нагрузкой. Чем меньше ток сбра ллванндего диода, тем больше мощности потребляется иагрузкой, тем меньшее количество реактивной энергии отдается источнику постоянного тока и тем меньше мощности теряется в элементах самого инвертора. Тем более высоким будет и КПД инвертора. Поэтому целесообразно принять в качестве сигнала обратной связи для осуществления автоподстройки частоты автономного инвертора со сбрасывающими диодами минимальное значение тока сбрасывающего диода.

Ток сбрасывающего диода 14 контролируется датчиком 18 тока. Сигнал с резистора 19 интегрируется RC-цепочкой 20 и 21 и подается на вход аналого-цифрового преобразователя 22 который преобразует поступивший сигнал в коды, а они подаются на регистр 24 памяти и дискриминатор .25.

Дискриминатор 25 сравнивает текущее значение сигнала с предшествующим, который подается с регистра 24 памяти с помсяцью генератора 23 тактовых импульсов (генератор 23 тактовых импульсов задает шаг измерения). С выхода дискриминатора.25 сигнал поступает на селектор 26, который управляет частотой задающего генератора 17. Максимальная мсяцность потребляется нагрузкой 11 в том случае, когда ток диода 14 минимальный и сигнал с селектора 26 канала коррекции равен нулю. Если среднее значение тока диода 14 не минимально, то селектор 26 выдает сигнал на заданнчий генератор 17. При этом частота задающего генератора 17 изменяется таким образом, чтобы сигнал с селектора 26 бып равен нулю.

Таким образом, поддерживание минимальным тока сбрасывающего диода позволяет обеспечить максимум активной мощности при минимуме реактивной мощности и тем caNWM повысить КПД инвертора с 0,85 до 0,87.

л;. -4. ,

АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР, содержавший тиристорный мост с коммутирующим конденсатором в одной диагонали другая диагональ которого образована последовательно соединенны первичной обмоткой коммутируняцего трансформатора, магнитно гсвязанной с вторичной обмоткой, фильтровым КОН-денсатором и нагрузкой, при этом источник питания подключен одним выводом через входной дроссель к фильт.ровому конденсатору, а вторым - к нагрузке, вторичная обмотка коммутирующего трансформатора через сбрасывакяций диод подключена паргшлельно цепочке, состоящей из фильтрового конденсатора и нагрузки, а также блок управления, отличающи йс я тем, что, с целью повышения КПД, введены датчик тока сбрасывающего диода, резистор,КС-цепь, аналого-цифровой преобразователь, генератор тактовых импульсов, регистр; памяти, дискриминатор и селектор, причем датчик тока сбрасываквдего диода зашунтирован резистором и подключен через интегрирующую RC-цепочку к аналого-цифровому преобразователю, выходы которого подключены к первым (Л входам дискриминатора и регистра памяти, к второму входу последнего подключен генератор тактовых импульсов, а выход,связан с вторым входом дискриминатора, выход которого через селектор соединен с входом задающего генератора блока управления. vl г IND ю