Преобразователь переменного тока для питания индуктора Советский патент 1992 года по МПК H02M5/45 

XI о XI о ел

Ю

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника питания для электротехнологических установок, а также в качестве электронной части бытовых индукционных плит.

Известен преобразователь переменного тока для питания индуктора (Заявка Японии 58 40838, кл. Н 05 В 6/12. Устройство для индукционного нагрева / Мацусита дэнки Санге К,К. - Изобр. в СССР и за рубежом. - опубл. 08.09.83), содержащий подключенный входным выводам однофазный выпрямитель с Г-образным фильтром, состоящим из конденсатора и дросселя, и инвертор на тиристоре с встречным диодом, соединенным катодом с отрицательным выходным выводом выпрямителя, а анодом - с дросселем фильтра, и шунтирующим последовательную цепочку из индуктора и коммутирующего конденсатора, блок управления тиристором.

Недостатком преобразователя является низкая надежность его работы на повышенной частоте вследствие увеличения времени выключения тиристора из-за разогрева структуры при перегрузках и малого обратного напряжения на тиристоре в интервалах восстановления управляющих свойств.

Известен преобразователь переменного тока для питания индуктора (Заявка Японии 59-39869, кл. Н 05 Б 6/12. Индукционное нагревательное устройство / Санье дэнки К.К. - Изобр. стран мира, - опубл. 26.09.84), содержащий подключенный к входным выводам однофазный выпрямитель с Г-образным фильтром, состоящим из дросселя и конденсатора, и инвертор на тиристоре с встречным диодом, соединенным катодом с отрицательным выходным выводом выпрямителя, а анодом через коммутирующий дроссель - с конденсатором фильтра, причем последовательная цепочка из коммутирующего дросселя и тиристора шунтируют последовательную цепочку из индуктора и коммутирующего конденсатора, блок управления тиристором.

Недостатком преобразователя является низкая надежность его работы на повышенной частоте вследствие увеличения времени выключения тиристора из-за разогрева структуры при перегрузках и малого обратного напряжения на тиристоре в интервалах восстановления управляющих свойств

Наиболее близок к предлагаемому преобразователь переменного тока для питания индуктора (Заявка Японии 61-7715, кл, Н 05 В 6/12. Устройство индукционного нагрева / Мацусита дэнки Санге КЖ - Изобр. в СССР и за рубежом. - опубл. 08.03.86), который и рассматривается в качестве прототипа.

Прототип содержит подключенный к

входным выводам однофазный выпрямитель с Г-образным фильтром, состоящим из конденсатора и дросселя, и инвертор на тиристоре с встречным диодом, соединенным

0 катодом с отрицательным выходным выводом выпрямителя, а анодом- с положительным выходным выводом выпрямителя через дроссель фильтра, последовательную цепочку из индуктора и коммутирующего конденсатора, включенную между

5 отрицательным выходным выводом выпрямителя и дросселем фильтра, блок управления тиристором, вход которого подключен к точке соединения дросселя фильтра и коммутирующего конденсатора, а выход - к первому входу выходного каскада, соеди0 ненного выходом с управляющим электродом тиристора, а вторым входом - с выходом детекторной схемы, подключенной входом к положительному выводу выпрямителя.

5 Недостатком прототипа является низкая надежность его работы на повышенной частоте вследствие увеличения времени выключения тиристора из-за разогрева структуры при перегрузках и малого обратного

0 напряжения на тиристоре в интервалах восстановления управляющих свойств.

Цель изобретения - повышение надежности работы преобразователя переменного точа для питания индуктора.

5 Указанная цель достигается тем, что преобразователь переменного тока для питания индуктора, содержащий подключенный входным выводом однофазный выпрямитель с Г-образным фильтром, со0 стоящим из конденсатора и дросселя, и инвертор, тиристор которого соединен катодом с отрицательным выходным выводом выпрямителя, а последовательная цепочка из индуктора и коммутирующего

5 конденсатора включена между упомянутым выводом выпрямителя и дросселем фильтра, а также диод и блок управления тиристором, вход которого подключен к точке соединения дросселя фильтра и коммутиру0 ющего конденсатора, а выход - к первому входу выходного каскада, соединенного выходом с управляющим электродом тиристора, а вторым входом - с выходом детекторной схемы, подключенной входом к

5 положительному выводу выпрямителя, снабжен последовательной цепочкой из дополнительных дросселя фильтра и коммутирующего конденсатора, включенной между

точками соединения конденсатора с дросселем фильтра и коммутирующего конденсатора с индуктором, дополнительными диодом и тиристором с блоком управления и выходным каскадом, соединенным выходом с управляющим электродом этого тиристора, первым входом-с выходом его блока управления, а вторым входом - с выхоДбТи детекторной схемы, причем тиристоры выполнены асимметричными и размещены, каждый на одной подложке с соответствующим диодом в виде модуля, каждый диод подключен катодом к аноду соответствующего тиристора, а анодом - к точке соединения соответствующего дросселя фильтра с коммутирующим конденсатором, причем катод дополнительного тиристора соединен с отрицательным выводом выпрямителя, а вход его блока управления подключен к точке соединения дополнительного дросселя фильтра с коммутирующим конденсатором.

Докажем существенность отличительных признаков предлагаемого преобразователя переменного тока для питания индуктора. Существенным отличием преобразователя переменного тока для питания индуктора является высокая надежность его работы на повышенной частоте, что объясняется снижением времени выключения тиристоров по причинам уменьшения температуры структуры приборов за счет деления тока нагрузки, обеспечением повышенного уровня обратного напряжения на модуле тиристор-диод в интервалах восстановления тиристорами управляющих свойств и выполнением тиристора в виде асимметричной структуры, имеющей более низкие динамические и статические потери и меньшее время выключения.

Повышение надежности является новым качеством преобразователя переменного тока для питания индуктора. Новое качество преобразователя обусловлено отличительными признаками, новыми элементами и связями, которые в силу этого являются существенными.

Схема преобразователя переменного тока для питания индуктора приведена на чертеже.

Преобразователь переменного тока для питания индуктора содержит однофазный выпрямитель на четырех диодах 1-4, вход которого подключен к выходу генератора переменного напряжения питания, а выход зашунтирован конденсатором 6 фильтра, к обкладкам которого подключена последовательная цепочка из дросселя 7 фильтра, коммутирующего конденсатора 8 и индуктора 9, последние зашунтированы модулем из последовательно соединенных диода 10 и

асимметричного тиристора 11, блок управления тиристором 12, вход которого соединен с общей точкой дросселя фильтра и коммутирующего конденсатора, а выход - с

5 первым входом выходного каскада 13, выход кототйго дегючёТТ Г управляющему электроду тиристора, а второй вход - к выТЛ-ДгдеТёТГРоТнЪй схемы 14, вход которой

соединен с положительным выводом выпря0 мителя, последовательную цепочку из второго дросселя фильтра 15 и второго

- nsro MytlHp WeT Ifolll -cmepa 16, включенную между оШаТОнГсШДйн еНия конде н- сатора и дросселя фильтра и

5 коммутирующего конденсатора и индуктора, второй модуль из диода 17 и тиристора 18, второй блок 19 управления тиристором, вход которого соединен с точкой соединения второго дросселя фильтра и второго

0 коммутирующего конденсатора, а выход - с первым входом второго выходного каскада 20, выход которого подключен к управляющему электроду тиристора втор оТб модуля, а второй вход - к выходу детекторной схемы.

5 Второй модуль подключен между точкой соединения второго дросселя фильтра с вторым коммутирующим конденсатором и отрицательным выводом выпрямителя. Преобразователь переменного тока ра0 ботает следующим образом.

Выпрямитель преобразует переменное напряжение генератора 5 питания в знакопостоянное напряжение, которое фильтруется конденсатором 6.

5 Тиристоры 11,18 модулей включаются одновременно с частотой выходного напряжения преобразователя. При включении тиристоров 11 18 происходит колебательный перезаряд коммутирующих конденсаторов

40 8,16 по цепям: 8-10-11-9-8 и 16-17-18-9- 16.

В интервале проводимости тиристоров 11,18 через индуктор 9 протекает положительный ток. Ток индуктора 9 делится между

5 модулями из тиристоров 8,16 и диодов . -10,17. После спада тока в контурах до нуля тиристоры 11,18 выключаются, и к модулям прикладывается отрицательное напряжение. Напряжения на конденсаторах 8,16 в

0 этот момент имеют противоположную полярность по отношению к исходному напряжению. После выключения тиристоров 11,18 через индуктор 9 протекает отрицательный ток, обусловленный перезарядом коммути55 рующих конденсаторов 8,16 от выпрямителя через дроссели фильтра 7,15 по цепям: 8-9-6-7-8 и 16-9-6-15-16. При восстановлении исходной полярности и уровня напряжения на коммутирующих конденсаторах 8,16 производится очередное включение тиристоров 11,18. С момента включения тиристоров 11,18 формируется следующий периодвыходногонапряжения. Электромагнитные процессы в преобразователе при этом повторяются.

Импульсы управления тиристорами 11,18 формируются блоками 12,19 управления в моменты достижения напряжением на коммутирующих конденсаторах 8,16 заданного уровня. Выходные каскады 13,20 служат для усиления импульсов управления тиристорами 11,18 и обеспечивают снятие импульсов управления и отключение преобразователя, если напряжение на выходе выпрямителя оказывается ниже заданного уровня. При этом сигнал отключения преобразователя формируется детекторной схемой 14.

Диоды 10,17 защищают тиристоры 11,18 от приложения обратного напряжения, превышающего максимально допустимый уровень.

Блоки 12,19 управления могут быть реализованы на основе схем, содержащих датчики напряжения на коммутирующих конденсаторах 8,16, компараторы с источниками задания уровня напряжения и формирователи импульсов. Выходные каскады 13,20 содержат схему И, на один вход которой поступает сигнал с выхода блока 12,19 управления, а на другой - сигнал с выхода детекторной схемы 14, и усилитель импульса.

Детекторная схема 14 реализуется в виде датчика напряжения и компаратора с источником задания уровня напряжения.

По сравнению с прототипом описанный преобразователь переменного тока надежнее в работе на повышенной частоте. Это связано с повышением устойчивости вследствие уменьшения времени выключения тиристоров из-за снижения температуры структуры приборов за счет распределения тока нагрузки между ними, обеспечения достаточно высокого обратного напряжения на модуле тиристор-диод, использования асимметричных тиристоров, имеющих пониженные динамические и статические потери и меньшее время выключения.

Время наработки на отказ описанного преобразователя ориентировочно повышается в 1,5-1,7 раза.

Дополнительно надежность работы преобразователя переменного тока при выполнении его на заданную мощность и частоту может быть повышена за счет снижения уровня прямого напряжения на тиристорах, а также коммутационных по- терь при поочередном управлении тиристорами.

Формула изобретения Преобразователь переменного тока для

питания индуктора, содержащий подключенный к входным выводам однофазный вы- прямитель с Г-образным фильтром, состоящим из конденсатора и дросселя, и инвертор, тиристор которого соединен катодом с отрицательным выходным выводом выпрямителя, а последовательная цепочка из индуктора и коммутирующего конденсатора включена между упомянутым выводом выпрямителя и дросселем фильтра, а также

диод и блок управления тиристором, вход которого подключен к точке соединения дросселя фильтра и коммутирующего конденсатора, а выход к первому входу выходного каскада, соединенного выходом с

управляющим электродом тиристора, а вторым входом с выходом детекторной схемы, подключенной входом к положительному выводу выпрямителя, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности,

он снабжен последовательной цепочкой из дополнительных дросселя фильтра и коммутирующего конденсатора, включенной между точками соединения конденсатора с дросселем фильтра и коммутирующего конденсатора с индуктором, дополнительными диодом и тиристором с блоком управления и выходным каскадом, соединенным выходом с управляющим электродом этого тиристора, первым входом с

выходом его блока управления, а вторым входом - с выходом детекторной .схемы, причем тиристоры выполнены асимметричными и размещены каждый на одной подложке с соответствующим диодом в виде

модуля, каждый диод подключен катодом к аноду соответствующего тиристора, а анодом к точке соединения соответствующих дросселя фильтра с коммутирующим конденсатором, причем катод дополнительного

тиристора соединен с отрицательным выводом выпрямителя, а вход его блока управле- ния подключен к точке соединения дополнительных дросселя фильтра с коммутирующим конденсатором.

Использование: в качестве источника питания для электротехнологических установок, а также в качестве электронной части бытовых индукционных плит. Сущность изобретения: устр-во содержит выпрямитель на диодах 1-4 с конденсатором 6 фильтра на выходе. Цепочка из дросселя 7 фильтра, коммутирующего конденсатора 8 и индуктора 9 подключена к выпрямителю. Конденсатор 8 с индуктором 9 зашунтированы модулем из диода 10 и асимметричного тиристора 11. Конденсатор 16 с индуктором зашунтированы другим аналогичным модулем 17,18. Импульсы управления тиристорами 11,18 формиоуются блоками 12,19 управления в моменты достижения напряжением на конденсаторах 8,16 заданного уровня. Выходные каскады 13,20 усиливают импульсы управления и обеспечивают их снятие, если напряжение на выходе выпрямителя ниже заданного уровня. 1 ил. 7 (Л Г