Преобразователь частоты для индукционного нагрева Советский патент 1992 года по МПК H02M5/42 

21

Т

in

С

Использование: в преобразовательной технике в качестве источника питания для установок индукционного нагрева. Сущность изобретения: устройство содержит подключенный к выходным выводам генератора переменного напряжения питания (1) однофазный мостовой выпрямитель на диодах (ДИ) (2-5). Конденсатор (6) шунтирует выходные выводы выпрямителя и подключен к отводу индуктора (7) с компенсирующим конденсатором (8). Последовательно с транзисторами (9, 10) включены диоды (10, 12). блок управления (13) соединен через распределитель импульсов управления (14) с управляющими электродами транзисторов. Разряд конденсатора происходит через части индуктора. 1 ил.

fj

1

7ff

Я

Pi

оо

«

vj Ю

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника питания для установок индукционного нагрева.

Известен преобразователь частоты, содержащий подключенный к выходным выводам генератора переменного напряжения питания однофазный мостовой выпрямитель на диодах, конденсатор, шунтирующий выходные выводы выпрямителя, и инвертор, содержащий транзистор, соединенный с отрицательным выходным выводом выпрямителя, с встречно параллельным диодом, включенный последовательно с нагрузочным контуром, состоящим из сое- диненных параллбльно индуктора и компенсирующего конденсатора, соединенным с положительным выходным выводом выпрямителя, блок управления, выходной вывод которого соединен с управляющим электродом транзистора.

Недостатком преобразователя1 частоты для индукционного нагрева является низкий КПД, что обусловлено повышенными потерями в транзисторе при коммутациях, большими токами, протекающими через транзистор, обусловленными разрядом компенсирующего конденсатора и работой в однотактном режиме.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является преобразователь частоты для индукционного нагрева, который и рассматривается в качестве прототипа.

Прототип содержит подключенный к выходным выводам генератора переменного напряжения питания однофазный мостовой выпрямитель на диодах, конденсатор, шунтирующий выходные выводы выпрямителя, и инвертор, содержащий транзистор, соединенный с отрицательным выходным выводом выпрямителя, с последовательным диодом, включенным последовательное нагрузочным контуром, состоящим из соединенных параллельно индуктора и компенсирующего конденсатора, соединенным с положительным выходным выводом выпрямителя, блок управления, выходной вывод которого соединен суправ- ляющим электродом транзистора.

Недостатком прототипа является низкий КПД, что обусловлено повышенными потерями в транзисторе и диоде при коммутациях, большими токами, протекающими через них, обусловленными разрядом компенсирующего конденсатора и работой в однотактном режиме.

Цель изобретения - повышение КПД преобразователя частоты для индукционного нагрева.

Указанная цель достигается тем, что в преобразователе частоты для индукционного нагрева, содержащем подключенный к выходным выводам генератора переменного напряжения питания однофазный мостовой выпрямитель на диодах, конденсатор, шунтирующий выходные выводы выпрямителя, и инвертор, содержащий первый транзистор, соединенный с отрицательным

0 выходным выводом выпрямителя, с последовательным первым диодом, включенным последовательно с нагрузочным контуром, состоящим из соединенных параллельно индуктора и компенсирующего конденсато5 ра, блок управления, индуктор выполнен с отводом, положительный выходной вывод выпрямителя соединен с отводом индуктора, преобразователь снабжен последовательной цепью из второго транзистора и

0 второго диода, шунтирующей цепь из нагрузочного контура и первого транзистора с последовательным диодом, распределителем импульсов управления транзисторами, выходные выводы которого соединены с уп5 равляющмми электродами транзисторов, а вход соединен с выходным выводом блока управления.

Существенным отличием преобразователя является повышенный КПД, что обус0 ловлено малыми коммутационными потерями в полупроводниковых приборах, связанными с уменьшением скоростей нарастания тока через них, снижением уровней тока и работой в двухтактном режиме,

5 характеризующемся повышенным КПД.

На чертеже приведена схема преобразователя частоты для индукционного нагрева.

Преобразователь частоты содержит

0 подключенный к выходным выводам генератора переменного напряжения питания 1 однофазный мостовой выпрямитель на диодах 2-5, конденсатор 6, шунтирующий выходные выводы выпрямителя, нагрузочный

5 контур, состоящий из соединенных параллельно индуктора 7 с отводом и компенсирующего конденсатора 8, выводы которого соединены с отрицательным выводом выпрямителя через последовательные цепи из

0 транзисторов 9 и последовательного диода 10, транзистора 11 и последовательного диода 12 соответственно, блок управления 13, распределитель импульсов управления транзисторами 14, выходные выводы кото5 рого соединены с управляющими электродами транзисторов, а вход соединен с выходным выводом блока управления.

Преобразователь частоты для индукционного нагрева работает следующим образом.

При отпирании транзистора 9 происходит разряд конденсатора 6 через первую половину индуктора 7 (1) по цепи: 6-7(1 )-10- 9-6. Через половину периода выходного напряжения преобразователя транзистор запирается. После запирания транзистора 9 открывается транзистор 11. Конденсатор б перезаряжается через вторую половину индуктора 7 (2) по цепи: 6-7 (2)-12-11-6. По окончании второй половины периода транзистор 11 выключается.

Протекание тока разряда конденсатора 6 через части индуктора 7 (1), 7 (2) обеспечивает протекание переменного тока в нагрузочном контуре 7, 8. Конденсатор 6 заряжается от генератора переменного напряжения питания 1 через диоды выпрямителя 2-5. Импульсы управления транзисторами 9, 1 1 формируются блоком управления 13. Распределение импульсов управления осуществляется распределителем 14.

Следующий период в работе преобразователя частоты начинается с момента отпирания транзистора 9. Процессы в преобразователе после включения транзистора 9 аналогичны описанным.

Диоды 10 12 обеспечивают защиту транзисторов 9, 11 от обратного напряжения.

Конденсатор 8 предназначен для компенсации реактивности индуктора 7.

Регулирование выходной мощности преобразователя частоты осуществляется изменением длительности проводящего состояния транзисторов 9, 11 на периоде выходного переменного напряжения

Блок управления 13 преобразователя частоты выполнен аналогично блоку управления прототипа.

По сравнению с прототипом КПД заявляемого преобразователя частоты для индукционного нагрева выше ориентировочно на 4-5% для источников питания на мощность в единицы киловатт). Это обеспечивается существенным снижением коммутационных потерь в полупроводниковых приборах, скоростей нарастания тока через них и работой в двухтактном режиме. При выполнении преобразователя частоты по заявляемой схеме снижаются

скорости нарастания тока через полупроводниковые приборы в 2-2,5 раза и амплитуда токов в 4-4,5 раза. Это обусловлено разрядом конденсатора 6 через части индуктора 7 (1) и 7 (2). ограничивающие токи.

Повышение КПД обеспечивается за счет увеличения тактности схемы. В заявляемом преобразователе частоты протекание тока от источника питания через элементы нагрузочного контура происходит на обоих полупериодах выходного напряжения, что обеспечивает снижение установленной мощности реактивных элементов и повышает КПД преобразователя.

Формула изобретения

Преобразователь частоты для индукционного нагрева, содержащий подключенный к выходным выводам генератора переменного напряжения питания однофазный мостовой выпрямитель на диодах, конденсатор, шунтирующий выходные выводы выпрямителя, и инвертор, содержащий первый транзистор, соединенный с отрицательным выходным выводом выпрямителя, с последовательным первым диодом, включенным последовательно с нагрузочным контуром, состоящим из соединенных параллельно индуктора и компенсирующего конденсатора, блок управления,

отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, индуктор выполнен с отводом, положительный выходной вывод выпрямителя соединен с отводом индуктора, преобразователь снабжен последовательной цепью из вторгго транзистора и второго диода, шунтирующей цепь из нагрузочного контура и первого транзистора с последовательным диодом, распределителем импульсов управления транзисторами, выходные

выводы которого соединены с управляющими электродами транзисторов, а вход соединен с выходным выводом блока управления.