Высокочастотный инвертор Советский патент 1989 года по МПК H02M7/523 

4

сл

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в тиристорных преобра- зователях для питания установок индукционного нагрева.Целью является упрощение иповьппение надежности. Устройст- во содержит мост 1 на тиристорах 2 -5 с коммутирующим конденсатором 6 в диагонали переменного тока. Первичная обмотка 8 коммутирующего дросстеля 7 включена последовательно с мостом, а вторичная обмотка 9 подключена к фильтрующему конденсатору 10 через диод 12. В цепи моста 1 и диода 12 включены обмотки дросселей насьпце- ния 14, 15. Сердечники дросселей насьщения 14,15 вьтолнены в виде двух отдельных замкнутых магнитопро- водов, в окне каждого из которых размещена только одна обмотка. Плечи моста 1 и диод 12 зашунтированы последовательными RC -цепочками 18- 21. 2 3.п..ф-лы, 3 ил. i w

9u2.f

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к источникам питания установок индукционного нагрева.

Цель изобретения - упрощение и повьппение надежности инвертора.

На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема высокочастотного инвертора; на фиг. 2 - варианты конструктивного исполнения .дросселей насыщения; на фиг. 3 - диаграммы работы дросселя насыщения (а) и схемы инвертора (б).

Высокочастотный инвертор (фиг.1) содержит .тиристорньй мост 1 на тириторах 2-5 с коммутирующим конденсатором 6 в диагонали переменного тока, кo мyтиpy oщий дроссель 7 с пер- зЗнчной 8 и вторичной 9 обмотками. Первигшая обмотка 8-включена в последовательный контур, образованный тиристорным мостом 1, фильтрующим конденсатором 10 и цепью нагрузки 1 Вторичная обмотка 9 через диод 12 подключена к обкладкам фильтрующего конденсатора 10, которые через фильтрующий дроссель 13 связаны с источНИКОМ питания. В цепи мост-а 1 и диода 12 последовательно включены дроссели 14 и 15 насыщения. Сердечники дросселей насыщения выпсшнены на магиитопроводах 16 и 17. Тиристо, ры 2-5 и диод 12 зашунтированы по- следоват ьными RC-цепочками 18-22. Дроссели 14 и 15 насыщения могут быть выполнены в виде трубки или шины (фиг, 2), на которую надеты два замкнутых магнитопровода 16 и 17, причем выводами обмоток служат концы трубки или шины и контакт, расположенный на ней между магнитопроводами (фиг. 2а). Дроссели 14 и 15 насыщения могут быть выполнены на магни- топроводе Ш-образной конструкции, причем каждая из обмоток размещена в соответствующем окне сердечника (фиг. 26). Дроссель 14, подключенный последовательно в цепь моста, может быть включе в диагональ .переменного тока последовательно с коммутирующим конденсатором 6.

Высокочастотный инвертор в ква- зиустаиовившемся режиме работ ает следующим образом.

Фильтруюи1;ий конденсатор 10 нормально заряжен через фильтрующий дроссель 13 и нагрузку 11 до напряжения источника питания.

10

15

20

5

0

5

0

5

0

5

Пусть комму тир уюиц1Й конденсатор 6 заряжен напряжением полярности, указанной на фиг. 1.

В момент to (фиг. 3) включаются, тиристоры 2 и 5 и .начинается процесс колебательного перезаряда коммутирующего конденсатора 6 по цепи 5-11- -10-14-8-2. В момент to рабочая точ-. ка на характеристике В(Н) находится в точке .23 (фиг. За) частной петли перемагничивания ферритовых магнито- проводов 16 и 17. На участке 23-24- 25 магнитопровод 1б ненасыщен, так как ток в нем еще мал, при зтом магнитная проницаемость его велика и скорость нарастания тока включившихся тиристоров 2 и 5 ограничена индуктивностью дросселя 14.

В момент t рабочая точка на петле -перемагничивания переходит.через точку 25, при этом магнитная прони-, цаемость магнитопровода .-16 резко уменьшается и индуктивность дросселя 14 перестает ограничивать скорость изменения тока перезаряда конденсатора 6. Этот ток на интервале t, -tj насыщенного состояния сердечника 16 изменяется по колебательному закону.

В момент t напряжение на диоде 12, равное разности напряжений на вторичной обмотке 9 коммутирующего дросселя 7 и конденсаторе 9, изменяет полярность и диод Г2 вклю- чается. Нарастание тока i в диоде 12 ограничивается по скорости индуктивностью дросселя 15, рабочая точка магнитопровода 17 которого проходит через точки 23-25 (фиг.За).

В момент t5.сердечник 17 касьща- ется и в течение интервала ток i в цепи моста 1, первичной обмотки 8 коммутирующего дросселя 7 резко спадает, одновременно увеличивается ток вторичной обмотки 9, протекающий через диод 12, дроссель 15 насьш1ения. В момент t снижение ток а i в дросселе 14 и его нарастание в дросселе 15 резко замедляются в результате выхода из насыщения сердечника 16 и увеличения индуктивности дрос- с еля 15.

В момент ty ток в тиристорах 2 и 5 изменяет направление на обратное и после прекращения обратной проводимости в момент tg становится равным нулю (точки 27,28,23 на кривой

перемагничивания фиг. За) В момент tg к выключившимся тиристорам 2 и 5 прикладывается обратное напряжение 2, 5- фиг. 36). Амплитуда обрат него перейапряжения, возникающего при обрьше тока обратной проводимости тиристорои 2 и Sj, ограничивается благодаря совместному действию индуктивности дросселя 15 с йенасы- щенным магнитопроводом 17 и демпфирующих RC-цепочек 18 и 21. Индуктивность дросселя 14 (L) в момент .tg велика, поэтому даже при малой величине емкости конденсатора почки волновое сопротивление контура его заряда р -тГЕ/с также велико. Поскольку сопротивле1ше рг- зисторов RC-цепочек выбирается соиз- меримым по величине с- величиной р-;, с целью обеспечения ражима заэлда конденсатора С близкого к апери- одическому, с минимальной амплитудой перенапряжений, разряд конденсаторов RC-цепочек через тиристоры при включении последних не гфиводит к локальному перегреву структуры тиристоров вблизи управлякицего электрода, так как амплитуда разрядного тока ограничена резистором значительной величины. Так,напримерS при величине емкости ,05 мкФ, индуктивности ненасыщенного дросселя насыщения L 100 мкГн аготлитуда разрядного тока при вкдгочении тиристора составляет около 10 А,

На интервале времени , ток диода 12 плавно спадает, в момент tj. (точка 26 на фиг. За) сердечник 17 выходит из насыщения, в момент tg. ток диода переходит через ноль и в

145

2

момент tg прекращается. Перенапряжение на диоде t2 демпфируется RC цепочкой 22, при зтом значительной величине индуктивности дросселя 15 емкость конденсатора RC-цепочки 22 невелика (по сравнению со схемой без ограничегшя скорости обрыва обратного тока диода 12 она на порядок меньше при той же амплитуде перенапряжений, соответственно на порядок меньше и потери в резистое RC-цёпочки 22).

,

50

В момент t, 3 моста

включаются тиристоры 4 и 3 моста 1, после чего про- цессы в схеме повторяются с тем от- . личием, что ток и напряжение -комн /- тирующего конденсатора 6 имеют обgт -1450058

ратное направление и обратную полярность.

В течение интервала происходит рекуперация энергии, запа-- саемой реактивными элементами инвертора, в источник питания через диод 12, благодаря чему ограничиваются напряжения в схеме.

10 Время пере магкичивания сердечников t р совпадающее с временем плавного нарастания (спада) токов в об- юткax дросселей 14 и 15 насыщения, зависит от -жсла витков соответст15 вующей обмотки W, .площади сечения магьщтопрозода S, напряжения на

, обмотке TJ и кяменения ивдукщ-ш и В

t wSiB/U.

20 Габариты сердечника 16 дросселя 14 могут быть -сгашены в 2-3 его включить в диагональ переменного тока моста последовательно с конденсатором 6, В случае через 25 Дроссель 14 протекают не однояоляр- ныг„ а разнопа-АЯркке импульсы тока, и общее приращение индукции при пе- ремагничивании магнитопровода в 23 раза больше, чем позвогаяет TvjeHb- 0 иттъ габариты магнитопровода.

В случае использования в качестве проводника обмоток дросселя насыщения медной трубки (фиг. 2а), последняя может использоваться для охлаж- g денгет магнитопроводов 16 и 17, при этом магнктопроводы должны .быть залиты совместно с трубкой теплоизоля- 1ЩОННЫМ кoмпayндo i,

Ф о

дч ирмула изобретения

1о Высокочастотный инвертор,содер- жаащй последовательную цепь из фильтрующего конденсатора и цепи нагруз g ки, параллельно которой подключены последовательно соединенные дроссель

, насыщения, первичная- обмотка комму- тирующего дросселя и тиристорный мос с ко гмутирующим конденсатором в диагонали переменного тока, а также фильтрзтгаций дроссель, образующий с цапью нагрузтси и фильтрующим конденсатором последовательную цепь, включенную между выводаш источника питания, диод последовательно соединенный с вторичной обмоткой коммутирующего дросселя, отличаю- щ и и с я. тем,; что, с целью упрощения и повышениЕ надежности, дрос50

55

сель насыщения выполнен однообмоточ- ным и введен дополнительно второй ЙРоссель насьщения, образующий с упомянутыми диодом и вторичной обмот кой коммутирующего дросселя последовательную цепь, подключенную к вы- 4одам фильтруняцего конденсатора, а -иристоры моста и диод защунтирова- ijfM введенными последовательными RC- 1|(епочками. ,

I 2. Инвертор по п. 1, о т л и - чающийся тем, что дроссели 1| асыщения выполнены в единой конст-

Вода

рукции, представляющей собой проводящую шину или трубку, на которо.й размещены два замкнутых магнитопро- вода, причем выводами обмоток дросселей служат концы шины, либо трубки .и контакт, распспоженньй на ней между магнитопроводами.

ВоПа

17

9иг.2

iltsts tjo

«3 15

Фиг.З