Регулируемый инвертор Советский патент 1987 года по МПК H02M7/523 

Фиг.1

,„

11

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в преобразователях частоты для индукционного нагрева металлов .

Цель изобретения - расширение диапазона регулирования, упрощение и повышение надежности.

На фиг. 1 показана принципиальная схема инвертора; на фиг. 2 - то же, вариант; на фиг. 3 - временные диаграммы сигналов блока управления; на фиг. 4 - временные диаграммы токов и напряжений в двух вариантах схемы инвертора.

Регулируемый инвертор (фиг. 1) содержит первый и второй тиристоры 1 и 2 с обратными диодами 3 и 4, блок 5 управления, задающий генератор 6, который связан с управляющим электро дом первого тиристора 1 и через элемент 7 задержки (с управляющими выходными импульсами Uv, и UT) с управлжо- щим электродом второго тиристора 2, а также подключенную к источнику пи тания последовательную цепь из фильт ,рующего дросселя 8, последовательного LC-контура, состоящего из дросселя 9 и конденсатора 10, а также нагрузки 11, образованной индуктором и компен- сирующим конденсатором, причем параллельно LC-контуру с нагрузкой подключен первый тиристор 1, а второй тиристор 2 включен последовательно в цепь конденсатора 10.

В первом варианте схемы (фиг. 1) первый 1 и второй 2 тиристоры связаны между собой одноименными выводами, а во втором варианте (фиг. 2) - раз- ноименными.

Блок управления содержит четырех- тактный распределитель 12 импульсов, (с выходными импульсами U;,4, и,|4), счетный вход которого соединен с выходом задающего генератора 6, первый выход распределителя связан с управляющим электродом первого тиристора 1, а управляющий электрод второго тиристора 2 подключен к выходу элемента ИЛИ 13, входы которого связаны с двумя смежными выходами распределителя 12, причем п ервый по порядку из этих выходов соединен с входом элемента ИЛИ 13 через элемент 7 задержки. В первом варианте схемы (фиг.1) входы элемента ИЛИ 13 связаны с вторым и третьим выходами, а во втором

5

0

5

58

5

0

.,

0

62

варианте (фиг. 2) - с первым и вторым в 1ходами распределителя 12.

Регулируемый инвертор (фиг. 1) работает следующим образом.

Рассмотрим установившийся режим работы, когда ток фильтрующего дросселя практически постоянен. Если до момента t (фиг. 4) включен тиристор 2, через него протекает ток дросселя 8, заряжающий конденсатор 10 через дроссель 9 и нагрузку 11. В момент tg от задающего генератора 6 поступает управляюпщй импульс на тиристор 1, он включается, в результате начинается колебательный перезаряд конденсатора 10 через тиристоры 2 и 1, нагрузку 11 и дроссель 9. В момент С, ток тиристора i, достигает величины тока дросселя 8, а ток i. тиристора 2 переходит через ноль, в результате чего тиристор 2 выключается, а ток перезаряда конденсатора 10 переходит Б диод 4. В момент t диод 4 выключается, и на интервале t- - tj через тиристор 1 протекает ток дросселя 8. При этом к тиристору 2, восстановившему свою управляемость на интервале t - t, приложено прямое напряжение Uj , равное напряжений конденсатора 10 и нагрузки 11 (на временных диаграммах напряжение нагрузки не учитывается). В момент tj импульсом т с элемента 7 задержки включается тиристор 2, и по контуру дроссель 9 - нагрузка 11 - тиристор 1 - тиристор 2 начинается обратный перезаряд конденсатора 10. В момент t , когда ток i,, тиристора 2 равен току дросселя 8, выключается тиристор 1 и включается диод 3, который проводит ток до момента t . На интервале t - Cg через включенный тиристор 2 протекает ток дросселя 8, заряжающий конденсатор 10 через дроссель 9 и нагрузку 11, при этом к тиристору 1, восстановившему управляемость на интервале t - t, приложено прямое напряжение Ц,, равное сумме напряжений элементов 9-11.

В момент tg вновь поступает импульс на тиристор 1, и процессы в схеме повтоояются.

е

Для успешного пуска необходимо обеспечить предварительный заряд конденсатора 10, например, подачей импульса, включающего тиристор 2.

Во втором варианте схемы (фиг,2) в момент tg (фиг. 5), когда ток дросселя 8 через диод 4, дроссель 9 и нагрузку 11 заряжает конденсатор 10, включается тиристор 1, в результате чего начинается колебательный перезаряд конденсатора 10 через диод 4, тиристор 1, нагрузку и дроссель 9. В момент t диод 4 выключается, и на

интервале

Чt, через тиристор 1

1 и включа- диод 3 выпротекает ток дросселя 8. В момент t включается тиристор 2, и продолжа ется колебательный перезаряд конденсатора 10 через включенные тиристоры 1 и 2. В момент t4 выключается тиритор 2 и включается диод 4, а в момен Cj выключается тиристор ется диод 3. В момент t ключается, и вплоть до момента t ток дросселя 8 протекает через диод 4, заряжая конденсатор 10 через дроссел 9 и нагрузку 11.

Регулирование мощности, отдаваемо в нагрузку, в обоих вариантах схемы основано на изменении задержки включения тиристора 2 относительно включения тиристора 1.

Как видно из временных диаграмм (фиг. 3 и 4), изменение задержки приводит к соответствующему изменению интервала паузы в работе вентильной пары тиристор 1 - диод 3. Очевидно, для средних за период значений напряжений Ujf.-, U( для элементов 3 и

icp 1 вьтолняется равенство

UP Ud, 1 где и, - напряжение источника пи тания. Поскольку в установившемся режиме

среднее значение напряжения на дросселе равно нулю, можно записать (для первого и второго вариантов соответственно)

1

U,(t)dt и,

У

1J U,(t)dt Uj,

где Т - период следования управляющ

импульсов. Для. обоих вариантов схемы можно

записать обобщенное равенство

т

I U,(t)dt

iTo+t«)

где Т

и

d;

(2)

Q - период собственных колебаний LC-контура (TQ

2 и(5);

t - время паузы в работе вентильной пары тиристор 2 - диод 4, длительность которой изменяется пропорционально величине задержки. Пренебрегая изменением U(t) в течение интервала (Т - Т - ц), т.е. считая величину U, постоянной, можно предьвдущее равенство записать в виде

,(Т - Т, - tj и

- j Амплитудное значение напряжения тиристоре 1 равно

(3)

и,

у т - (4)

Если учитывать напряжение нагрузки, то можно считать, что амплитудное напряжение конденсатора 10

о и,о

( 5)

25

30

40

45

Поскольку амплитуда тока перезаряда конденсатора 10 пропорциональна напряжению конденсатора в момент начала перезаряда, т.е. амплитуда напряжения на конденсаторе Ц, согласно выражениям (4) и (5) амплитуда тока перезаряда, т.е. амплитуда тока нагрузки, зависит от времени задержки по гиперболическому закону. С ростом задержки амплитуда тока увеличивается, причем с приближением величины t к величине (Т Т) амплитуда тока стремитдя к бесконечности. 35 Диапазон ре1 улирования ограничен сверху лишь допустимым уровнем напряжений на элементах схемы.

Для ограничения напряжений в схеме блок управления строится по схеме для второго варианта (фиг. 2). Импульсы задающего генератора 6 (фиг.З) поступают на счетный вход четырехтактного распределителя 12 импульсов.:

На тиристор 2 управляющий импульс с выхода элемента ИЛИ поступает в случае прихода импульса на любой из входов последнего. Тиристор 2 включается первым поступившим на управляющий электрод импульсом, а импульс, пришедший позже, не изменяет включенного состояния тиристора. Благодаря этому задержка включения тиристора 2 по отношению к моменту включения тиристора 1 в обоих вариантах схемы

50

5

изменяется не более чем на т, т.е.

на 90 эл. град. В случае, если задержка элемента 7 превышает величину

, тиристор 2 включается импульсом,

оступающим не с элемента 7, а с оче- едного выхода распределителя 12. Еси задержка регулируется в допусти- 5 ых пределах, т.е. не более чем на 90 эл. град., первым на управляющий электрод тиристора 2 поступает импульс с элемента 7 задержки. Изменение фазы импульса управления тиристо- ром 2 на 90 эл. град, изменяет амплитуду тока нагрузки вдвое. В схеме (фиг. 1) задержка включения тиристоТра 2 равна (т t,) , а в схеме (фиг. 2) j5

с,дд,согласно диаграммам (фиг, 3). Реальный диапазон регулирования мощности нагрузки более широкий за счет увеличения относительной амплитуды первой гармонической состаляющей то- 0 ка нагрузки с приближением времени

Т задержки элемента 7 к величине тРасширение диапазона регулирования основано на использовании зависимое- 25 ти напряжений и токов в схеме инвертора от соотношения интервалов паузы и проводимости в работе основной вентильной пары. При регулировании задержки включения дополнительного ти- зо ристора по отношению к основному происходит эффективное регулирование выходной мощности, причем независимо от добротности нагрузочного контура в отличие от известного решения. ,

Упрощение схемы и конструкции инвертора связано с отсутствием фильт- рующего конденсатора большой реактивной мощности, дополнительного (тре- тьего) тиристора и необходимой для 40 него системы управления. Повышение надежности регулируемого инвертора обусловлено тем, что в его схеме скорость нарастания тока тиристоров ограничена во всех режимах, в том чис- 5 ле при срыве инвертирования, что исключает отказы тиристоров из-за локальных перегревов их структуры вблизи управляющего электрода.

При использовании изобретения может Q

быть достигнуто независимое регулирование частоты и выходной мощности инвертора, что позволяет поддерживать при регулировании максимально возможным КПД.

Формула изобретения

1.Регулируемый инвертор, содержащий пёрвь й тиристор с обратным вентилем, второй тиристор, блок управления задающий генератор которого связан с управляющим электродом первого тиристора и через элемент задержки с управляющим электродом второго, а также подключаемую к входным выводам последовательную цепь из фильтрующего дросселя, последовательного LC-контура

и выходных выводов для подключения нагрузки, причем первый тиристор подключен к входным выводам через указанный фильтрующий дроссель, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования, упрощения и повьш1ения надежности, блок управления снабжен четырехканаль ным распределителем импульсов, входом подключенным к выходу задающего генератора, и двухвходовым логическим элементом 2ИЛИ, причем первый канал распределителя связан с управляющим входом первого тиристора, второй и третий каналы распределителя соответственно через указанный элемент задержки и непосредственно подключены к входам логического элемента 2ИЛИ, выход которого связан с управляющим входом второго тиристора, который шунтирован введенньт диодом, соединен последовательно с указанной последовательной цепью и подключен к катоду первого тиристора.

2.Инвертор по п. 1, о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что первый и тиристоры связаны между собой одноименными выводами.

I

3.Инвертор по п. 1, отличающийся тем,, что первый и второй тиристоры связаны между собой разноименными выводами.

3 ч п

Й

г ,f

.

12

Фиг.З

tot,

t

Фиг.4

tot2 i3 i4

Редактор О.Юрковецкая

Заказ 1463/53Тираж 661Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. А/5

-.-, - .----. - - - -. - - - - - - - -- - - - -.- .- - -.- - - -.-.. - - - - --,„ -- - - - -,..---Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Фиг. 5

Составитель Т.Мыцык Техред А.Кравчук

Корректор А.Зимокосов

Изобретение относится к преобразовательной технике и м.б. использовано в преобразователях частоты для индукционного нагрева. Целью является расширение диапазона регулирования, упрощение и повьтшение надежности. Устр-во содержит тиристоры 1,2с обратными диодами 3, 4. Задающий генератор соединен с распределителем импульсов, который подключен к управляющему электроду тиристора 1 и через элемент задержки 7 и элемент ИЛИ к управляющему электроду тиристора 2. Расширение диапазона регулиро-- вания основано на использовании зависимости напряжений и токов в схеме инвертора от соотношения интервалов паузы и проводимости в работе основной вентильной пары. 2 з.п. ф-лы, 5 ил. с с 3 JO /7 - гч Л-I1:АЭ О СП 30