Двухтактный инвертор Советский патент 1979 года по МПК H02M7/537 

(54) ДВУХТАКТНЫЙ ИНВЕРТОР

Двухтактный широтно-импульсный инвертор с нагрузкой 1 имеет плечи 2 и 3. Плечо 3 выполнено в виде емкостного делителя напряжения (фиг. 1 б) или в виде последовательно соединенных ключей ( фиг. 1 S ).Плечо 2 инвертора выполнено в виде пары последовательно соединенных ключей 4 и 5, управляющие электроды которых соединены с выходами 6 и 7 широтноимпульсного модулятора 8. Инвертор снабжен диодами 9 и 10 и дросселем 11, шунтированным соединенными последовательно-согласно управляемь /от вентилями ,12 и 13, например тиристорами. Дроссель 11 включен последователно между ключами 4 и 5. Нагрузка 1 одним выводом 14 соединена с общей точкой управляемых вентилей 12 и 13. Управляющие электроды управляемых вентилей 12 и 13 соединены с дополнительными выходами 15 и 16 источник тактовой частоты, когорым, в частности, является широтно-импульсный модулятор 8. Последовательная цепь из ключа 4 и дросселя 11 шунаирована диодом 9, а последовательная цепь из ключа 5 и дросселя1L шунтирована диодом 10, В варианте, предусматривающем возможность изменения характера нагрузки 1, она шунтирована выпрямителем 17с конденсатором 18 и резистором 19 на его выходе.

Работает устройство следующим образом.

.,В некоторый -момент времени при помощи сигнала широтно-импульсного мо:дулятора 8 открыт ключ 4 и заперт ключ 5. В это же время открыт управляемый вентиль 13 сигналом с выхода 16 модулятора В. При этом ток нагрузки 1 протекает от положительного вы,в,ода питания инвертора через ключ 4, . обмотку дросселя (от ключа 4 к ключу 5), управляемый вентиль 13 и нагрузку 1 ко второму плечу инвертора, и на нагрузке имеется падение напряжения, плюсу которого соответствует вывод 14 нагрузки 1. На дросселе 11 также имеется некоторое падение напряжения, плюс которого соответствует верхнему выводу дросселя 11, При этом в дросселе 11 происходит процесс накапливания энергии. Такое состояние продолжается до момента формирования паузь на нуле. Прогресс формирования паузы на нуле характеризуется тем., что в течение всего времени, соответствующего паузе на нуле (ступенька в форме сигнала модулятора 8 на фиг. 1 а), (бМ и (Ю и/или (а ) и (б) устройства закорочены по переменному току оба ключа (4 и 5) инвертора закрыты, но управляемый вентиль, который был открыт до момента формирования-паузы на нуле, остается открытым. Таким образом, после запирания ключа 4 открытым остается управляемы

Вентиль 13.

Поскольку магнитный поток дросселя 11 (и соответственно его ток) не изменяется скачкообразно, запиранию ключа 4 (т.е. разрыву токовой цепи дросселя 11) соответствует мгновенное изменение полярности напряжения 5 на обмотке дросселя 11 и одновременное мгновенное увеличение этого напряжения до бесконечности, если в этот момент не подключен к дросселю 11 потребитель. Это напряжение изв.естно как ЭДС самоиндукции дросселя. Таким образом, в момент запирания ключа 4 дроссель 11 превращается в источник тока, при этом потенциал на его верхнем выводе отрицателен,

5 а на нижнем положителен. При помощи диода 10 обеспечивается замыкание токовой цепи дросселя 11 в течение всего интервала времени, соответствующего паузе на нуле. Ток в этом

0 случае, не изменяя своей полярности и величины в обмотке дросселя 11, протекает от его нижнего вывода через управляемый вентиль 13, нагрузки 1, от точки (б ) к точке ( Ь)

C второго плеча 3 и через открывшийся диод 10 - к верхнему выводу дросселя 11 .

Таким образом, в момент запирания ключа 4 в нагрузке 1 не изменяются ни направление тока, ни его- величина. Соответственно при активном

характере нагрузки 1 .не изменяются величина и полярность напряжения на ней.

В течение всего ,времени, соответствующего паузе на нуле, через нагрузку 1 протекает убывающий ток дросселя11. Изменение тока дро.сселя является величиной обратнопропорциональной его индуктивности. .Поэтому при выборе достаточно большой индуктивности дросселя 11 убывание его тока в течение времени, соответствующего паузе на нуле, достаточно мало, что позволяет считать ток нагрузки 1 в этом интервале времени неизменным. Этот эффект известен как интегрирующее действие дросселя и используется в сглаживающих LCфильтрах, причем величина сглаженного

Q напряжения на выходе фильтра равна среднем-/ значению пульсирующего напряжения на его входе.

Таким образом, в течение времени, - соответствующего длительности паузы на нуле, напряжение на нагрузке 1 остается практически неизменным (при ее активном характере) и равным той величине, которая установилась к моменту формирования паузы на нуле. 0 Соответственно потенциал вывода 14 нагрузки и нижнего вывода дросселя 11 также остается неизменным и положительным относительно отрицательной шины питания инвертора. При этом потенциал верхнего вывода дросселя равен примерно - 1В относительно от5рицательной шины инвертора (прямое падение напряжения диода 10) и не может быть более отрицательным благодаря действию диода 10. По окончании нулевой паузы происходит переключение инвертора. Момент переключения характеризуется те что на выходе 6 модулятора 8 отсутствует сигнал отпирания ключа 4, а на его выходе 7 появляется сигнал отпирания ключа 5. На выходе 16 источника тактовой частоты отсутствуе сигнал отпирания управляемого вентиля 13, а на его выходе 15 появляется сигнал отпирания управляемого вентиля 12. В результате отпирания ключа 5 потенциал нижнего (положительного) вывода дросселя 11 снижается до потенциала отрицательной шины питания инвертора. Дроссель 11 при этом шунтирован открытыми ключом 5 и диодом 10, ток дросселя протекает от ниж него вывода к верхнему через ключ 5 и диод 10. Управляемый вентиль 13 при этом запирается, поскольку его анод больше не находится под потенциалом, положительным относителыю катода (при активном характере нагрузки) . При индуктивном характере нагрузки 1 в момент отпирания ключа 5 в ней имеется убывающий ток, и управляющий вентиль 13 запирается с некоторым запаздыванием, в тот момент, когда ток нагрузки упал до не значительной величины. С момента отпирания вентиля 12 ток проходит от положительной шины источника питания инвертора к точке (б )г через нагрузку к его выводу 14, через управляемый вентиль 12, через дроссель 11 (как и прежде, от верхнего к нижнему, выводу) и через открытый ключ 5 к отрицательной шине источника питания инвертора. Поскольку ток дросселя 11 не изменяет скачкообразно своей величины, значение тока, протекающего через дроссель 11 (соответственно через нагруз ку 1), не изменяется, но в то же время изменяется его полярность в нагрузке 1, т.е. напряжение на нагрузке 1 изменяет полярность, оставаясь неизменным по абсолютной величине.. Далее процессы повторяются. Следует отметить, что неодновременность отпирания ключа и соответствующего ему управляемого вентиля не опасны для работы.инвертора: первым из открывшихся элементов закорачивается дроссель 11, а второй замыкается цепь тока нагрузки . Таким образом, предложенный инвертор позволяет обеспечить неизменный по абсолютному значению ток в нагрузке 1 при изменении его полярности, .что соответствует прямоуголь5ной форме напряжения Е еизменной амплитуды (для активного характера нагрузки) . При этом используется интегрирующее действие дросселя 11, т.е. в процессе работы инвертора направление тока дросселя 11 остается неизменным, в результате чего амплитуда напряжения на нагрузке 1 примерно равна среднему значению выходного наиряжения эквивалентного известного регулируемого широтно-импульсного инвертора. При работе инвертора возможно ухудшение формы напряжения на нагрузке 1, например, в случае, когда характер нагрузки индуктивный (наличие выбросов напряжения). в этом случае ухудшение формы напряжения на нагрузке 1 исключается при помощи выпрямителе 17 с конденсатором 18 и резистором 19 (в моменты выбросов напряжения диоды выпрямителя 17 отпираются, и конденсатор 18 шунтирует нагрузку 1, а затем разряжается через резистор 19). Формула изобретения 1.Двухтактный инвертор, содержащий по крайней мере пару подключенных к входным выводам управляемых ключей, входы которых подсоединены к широтно-импульсному модулятору, а их силовые электроды связаны с дросселем, диодом и выходными выводами, отли чающийся тем, что, с целью уменьшения массо-габаритных показателей, он снабжен дополнительным диодом и управляемыми вентилями, дроссель включен последовательно между силовыми переходами управляемых ключей, его крайние выводы через упомянутые диоды подключены к входным выводам, а через управляемые вентили - к одному из выходных выводов, причем управляюшие электроды последних подсоединены к широтно-импульсному модулятору, 2.Инвертор по П.1, о т л и ч ающ и и с я тем/ ТО, с целью исключения ухудшения фор.сл выходного напряжения при индуктивном характере нагрузки, к выходным выводам подключен вход дополнительного выпрямителя, а к его выходу подключены параллельно соединенные конденсатор и резистор. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Великобритании № 1439676, кл. Н 2 F, 1976. 2.Авторское свидетельство СССР 490237, кл. Н 02 М 3/335, 1974. 3.Патент США № 3938024, 321-2, 1976.

о

S

s

Г