Последовательный инвертор тока Советский патент 1987 года по МПК H02M7/523 

13

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к преобразователям постоянного тока в переменный и может быть использовано в источниках питания повьшгенной частоты для индукционных нагревательных установок.

Цель изобретения - упрощение и снижение габаритов устройства.

На фиг. 1 и 2 приведены варианты принципиальной электрической ;схемы инвертора; на фиг. 3 и 4 - дроссепь с двумя различными исполнениями конструкции магнитопровода и обмоток, общий вид; на фиг, 5 - временные диаграммы токов i и напряжений U , поясняющие работу схемы.

Инвертор (фиг, 1 и 2) содержит 20 мост, плечи которого образованы парами встречно-параллельных вентилей 1- 8 и обмотками дросселя 9-12, нагрузку 13, включенн то в диагональ переменного тока последовательно с LC- контуром, состоящим из дроссели 14 и конденсатора 15, и фильтрующий дроссель 16, связьшающий диагональ постоянного тока с источником питания.

На пары управляемых вентилей противолежащих плеч от системы управления поступают управляющие импульсы тока (на фиг, 5 оси ординат временных диаграмм обозначены позиционными обозначениями элементов схем фиг. 2, напряжение или ток которых соот- вёствует данной диаграмме),

25

Рассмотрим электромагнитные процессы, протекающие в течение одного периода инвертирования в установившемся режиме работы,

В начальный момент t включены прямые вентили 5 и 3, благодаря чепричем обмотки 9-12 всех четырех плеч 30 му ток дросселя 16 протекает по церазмещены на общем магнитопроводе 17 (фиг, 3 и 4), причем обмотки 9 и 11, а также 10 и 12, включенные в смежные плечи, соединенные с одноименными выводами диагонали постоянного тока, включены встречно по отношению друг к другу, и обмотки, включенные в Смежные плечи, имеющие общую точку соединения с диагональю переменного тока, включены согласно (пары обмоток 9, 10 и 11, 12). Конструктивно плечи моста могут быть выполнены в виде вентильных блоков с анодным и катодным вьшодами, а дроссели - в виде пакета шин, пропущенных через окно общего магнитопровода 17 (шины 9-12, фиг, 3 и 4) , На фиг, 3 нитопровод выполнен двухстержневым прямоугольным (возможна также тороидальная или 0-образная форма сердечника) , Обмотки выполнены в виде двух пар шин (9, 11 и 10, 12), каждая пара шин включена в соответствующую пару смежных плеч моста (фиг,1

пи: вентиль 5 - нагрузка 13 - дроссель 14 - конденсатор 15 - вентиль 3, Благодаря тому, что индуктивность ф.ильтруюш,его дросселя 16 по меньшей

35 мере на порядок больше индуктивности коммутирующего дросселя 14, в установившемся режиме ток дросселя 16 близок к постоянному и имеет небольшие пульсации, частота которых равна

40 удвоенной частоте инвертирования (диаграмма 16, фиг, 3), Этим током конденсатор 15 заряжается напряжением, принятым за прямую полярности (фиг, 1), В момент t поступают уп45 равляющие импульсы, включающие вентили 1, 7, и начинается колебательный перезаряд конденсатора 15 через дроссель 14, нагрузку 13, а также по двум параллельным контурам, пер50 вый из которых образован последовательно соединенными вентилем 5, вентилем 1, обмотками 9 и ,11, а второй последовательно соединенными вентилями 7, 3 и обмотками 10 и 12, В мо- и 2), начальный вывод одной шины со- gg мент t, величина тока перезаряда кон- единен с конечным выводом второй с денсатора 15 превьшает величину то- помощью перемычки, служащей выводом ка дросселя 16, протекающего через одной из диагоналей моста. На фиг,3 вентили 5 и 3, вследствие чего пос перемычки снабжены выводами 18, ледние выключаются и на интервале

Во втором варианте (фиг. 4) маг- нитопровод выполнен на Ш-образном сердечнике, в каждое из окон которого пропущена пара шин, включенных в противолежащие плечи Mocta (шины 10 и 11 в первое окно, а шины 9 и 12 - во второе окно), начальные выводы шин первой пары (10 и 11) соединены с конечными вьгаодами шин второй пары (9 и 12), причем точки соединения образуют выводы 19 диагонали переменного тока.

Статический преобразователь рабо- тает следующим образом (фиг, 5),

На пары управляемых вентилей противолежащих плеч от системы управления поступают управляющие импульсы тока (на фиг, 5 оси ординат временных диаграмм обозначены позиционными обозначениями элементов схем фиг.1 2, напряжение или ток которых соот- вёствует данной диаграмме),

20

25

Рассмотрим электромагнитные процессы, протекающие в течение одного периода инвертирования в установившемся режиме работы,

В начальный момент t включены прямые вентили 5 и 3, благодаря че30 му ток дросселя 16 протекает по цепи: вентиль 5 - нагрузка 13 - дроссель 14 - конденсатор 15 - вентиль 3, Благодаря тому, что индуктивность ф.ильтруюш,его дросселя 16 по меньшей

35 мере на порядок больше индуктивности коммутирующего дросселя 14, в установившемся режиме ток дросселя 16 близок к постоянному и имеет небольшие пульсации, частота которых равна

40 удвоенной частоте инвертирования (диаграмма 16, фиг, 3), Этим током конденсатор 15 заряжается напряжением, принятым за прямую полярности (фиг, 1), В момент t поступают уп45 равляющие импульсы, включающие вентили 1, 7, и начинается колебательный перезаряд конденсатора 15 через дроссель 14, нагрузку 13, а также по двум параллельным контурам, пер50 вый из которых образован последовательно соединенными вентилем 5, вентилем 1, обмотками 9 и ,11, а второй чtj ток перезаряда ковденсатора

15 протекает по обратным вентилям 5 и 4. Как видно из диаграмм напряжений на вентилях (фиг, 3) интервал

tjtj является временем восстановления для прямых вентилей 5 и 3, В момент tj обратные вентили 6 и 3 выключаются и в течение интервала в проводящем состоянии остаются вентили 1 и Герез которые протекает ток дросселя 16, заряжающий конденсатор 15 напряжением обратной полярности. Заряд конденсатора 15 током от источника питания восполняет потерю энергии конденсатора, имевшую место при перезарядке его через нагрузку 13.

В момент t включаются прямые вентили 5 и 3 и начинается формирование обратной полуволны тока нагрузки благодаря обратному перезаряду конденсатора 15 по двум контурам: 15-14-1-9-11-5-13 и 14-3-10-12-7-13, В момент t ток перезаряда из прямых вентилей 1 и 7 переходит в обратные 2 и В в момент t последние выключаются и включенными остаются вентили 5 и З. В момент t вновь включаются вентили 1 и 7 и процессы в схеме повторяются.

Специфической особенностью данной схемы являются коммутация плеч мостовой схемы и формирование полуволн тока нагрузки за счет колебатель-зв ного перезаряда коммутирующего конденсатора 15 одновременно по двум цепям: через смежные плечи, связанные с положительным и отрицательным полюсами источника питания. Из-за разброса прямых вольтамперных характеристик вентилей величины токов, протекающих по упомянутым двум цепям при отсутствии в плечах моста индуктивных элементов, могут значительно отличаться, что приводит к перегрузке одних и недоиспользованию других вентилей.

Кроме того,- различие в амплитудах

где 1., , 1

9

П

- ТОКИ в обмотпринято направление проводимости прямых вентилей плеч мостаj входной ток моста.

Ч Если вследствие неидентичности про- водимостей плеч моста в одном из них, 40 например в плече с обмоткой 9, ток получает приращение ./) i , т.е. 1 ij(0)+jig, то с учетом равенства

(1) в смежном плече ток i.. получает

отрицательное приращение тон же ве- 45 личины, т.е. 1 i,,o)-4ig. Это

приводит к намагничиванию магнитопро- вода, характеризующемуся дополнительными ампервитками 2лiq, при этом на начальных выводах всех четырех обмо- коммутирующих полуволн тока в различ- 50 индуцируется напряжение положи- ных плечах моста вызывает неравенст- тельной полярности по отношению -к ко- во времени восстановления, представ- нечным вьшодам. Данное напряжение ляемого вентилям различных плеч, стремится увеличить ток в обмотке 12 что может привести к срыву инвертиро- и уменьшить ток в обмотке 10 также вания. Включение отдельных дроссе- 55 величину лхд, т.е. происходит вылей в каждое плечо мостовой схемы, равнивание токов в противолежащих эквивалентное перенесению части ин- плечах моста с точностью, пропорци- дуктивности коммутирующего дросселя -ональной отношению индуктивного соп- из диагонали переменного тока в пле- ротивления обмотки к разности сопро8907

чи моста, выравнивает токи перезаряда конденсатора 15, однако это приводит к увеличению габаритов и усложнению констр гкции устройства. Размещение обмоток 9, 12 и 11, 10 на двух отдельных сердечниках со взаимной компенсацией магнитных потоков, создаваемых обмотками в каждом сердечнике, также является сложным конструктивно.

В предлагаемой конструкции статического преобразователя все четьфе обмотки (9-12) размещены на одном

общем сердечнике и включены таким

образом, что магнитные потоки, создаваемые в сердечнике при протекании токов по плечам моста при равенстве токов в противолежащих плечах,взаимно компенсируются. Небаланс токов в противолежащих плечах моста приводит к возникновению на обмотках поос- селей ЭПС самоиндукции, препятствующих разбалансу, за счет чего происходит выравнивание токов, протекающих по обеим контурам перезаряда конденсатора 15. Согласно первому закону Кирхгофа можно записать

где 1., , 1

9

Ь. +

П

6 (Я

- ТОКИ в обмотпринято направление проводимости прямых вентилей плеч мостаj входной ток моста.

Ч зв

Если вследствие неидентичности про- водимостей плеч моста в одном из них, 40 например в плече с обмоткой 9, ток получает приращение ./) i , т.е. 1 ij(0)+jig, то с учетом равенства

(1) в смежном плече ток i.. получает

513289076

тивлений плеч, ме5к;ду которыми проис- торые соединены с одним входным выво- ходит выравнивание.

дом, включены встречно между собой,

Формула изобретения

1. Последоватальньш инвертор тока, содержащий подключенный через фильтровый дроссель к входным выводам мост каждое плечо которого состоит из последовательно соединенных пары встречно-параллельных вентилей и обмотки дросселя, причем обмотки дросселя последовательно соединенных плеч.расположены па одном магнитопро- воде и включены встречно, в диаго- наль переменного тока моста последовательно с LC-контуром включена цепь нагрузки, отличающийся тем, что, с целью упрощения и снижения габаритов устройства, обмотки всех четырех плеч размещены на одном общем магнитопроводе, причем обмотки, включенные в противофазные плечи, коfS

торые соединены с одним входным выво-

5 0

дом, включены встречно между собой,

2, Инвертор по п. 1, о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что -в дросселе

стержневого тип.а обмотки выполнены в виде двух пар шин, каждая пара включена в соответствующую |пару смежных плеч моста, начальный вывод одной пшны соединен с конечным выводом второй с помощью перемычки, служащей выводом одной из диагоналей моста.

3. Инвертор по п. 1, отличающийся тем, что в дросселе броневого типа обмотки вьтолнены в виде двух пар пшн, причем в каждое изокон сердечника дро селя пропущена пара шин, включенные в соответствующие протийолежащие плечи моста, начальные выводы шин первой пары соединены с конечными выводами шин второй пары, причем точки соединения образуют выводы диагонали переменного тока.

фиг, 2

S 18//

п

10

12

f9

фиг. J

фиг. Ч

t7

3 V

2,8 43

4 t3

15

ГхИ

V

5,3

16

ifii tj Uis и t

fPuiS

Изобретение относится к преобразовательной технике и может использоваться в источниках питания lio- вышенной частоты для индукционного нагрева. Его цель - упрощение и уменьшение габаритои инвертора. Устр-во содержит мост на встречно-параллельных вентилях 1-8, в плечи которого включены дроссели 9-12. Нагрузка 13 включена в цепь коммутирующего дросселя 14 и конденсатора 15. Обмотки дросселей всех плеч моста размещены на общем магнитопроводе, причем обмотки 9 и 11, а также 10 и .12 включены встречно друг другу. Магнитные потоки, создаваемые в сердечнике .при протекании токов по плечам моста, при равенстве токов в противолежащих плечах взаимно компенсируются. Небаланс токов в противолежащих плечах моста приводит к возникновению на обмотках дросселей ЭДС самоиндукции, препятствующих разбалансу, за счет чего происходит вьфавнивание токов, протекающих по обоим контурам переза- ряда конденсатора 15. 2 з.п. ф-лы, 5 ил. (Л 00 tc юо ;О О фиг.1

Составитель A, Рухман Редактор Г. Волкова Техред Л. Сердюкова

Заказ 3495/55 . Тираж 659Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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

Корректор А.Тяско