Инвертор напряжения
Полезная модель относится к преобразовательной технике и может быть использована в источниках питания для индукционных нагревателей. Полезная модель повышает надежность работы инвертора напряжения. Инвертор напряжения содержит, подключенную к входным выводам инвертора напряжения через дроссели фильтра 1, 2 последовательную цепь, состоящую из выходных выводов инвертора напряжения, зашунтированных компенсирующим конденсатором 3, и разделительного конденсатора 4, зашунтированную полностью управляемым вентилем 5 с встречно-параллельным диодом 6. Нагрузка 7 подключена к выходным выводам инвертора напряжения. 1 илл.
Полезная модель относится к преобразовательной технике и может быть использована в источниках питания для индукционных нагревателей и других электротехнологических нагрузок. Полезная модель повышает надежность работы автономного инвертора напряжения.
Известен инвертор напряжения, содержащий подключенную к входным выводам инвертора напряжения последовательную цепь, состоящую из выходных выводов инвертора напряжения, зашунтированных компенсирующим конденсатором, и полностью управляемого вентиля с встречно-параллельным диодом (Электромагнитные процессы и параметрический синтез одновентильных инверторов с обратным диодом для электротермии / Л.Э.Рогинская, А.В.Иванов, М.М.Мульменко и др. // Электричество. - 2003. - №12. - С.42).
Недостатком инвертора напряжения является низкая надежность работы на индукционный нагреватель или другую электротехнологическую нагрузку с высокой добротностью. Это обусловлено высоким уровнем коммутационных потерь и перенапряжений на полностью управляемом вентиле и встречно-параллельном диоде, высокими уровнями токов через полностью управляемый вентиль и встречно-параллельный диод из-за наличия постоянной составляющей в токе через нагрузку, что может привести к выходу их из строя.
Известен инвертор напряжения, содержащий подключенную к входным выводам инвертора напряжения через дроссели фильтра последовательную цепь, состоящую из выходных выводов инвертора напряжения и компенсирующего конденсатора, зашунтированного полностью управляемым вентилем с встречно-параллельным диодом, зашунтированную разделительным конденсатором (П. 20020711 РФ, МКИ Н05М 5\458. Способ управления
преобразователем частоты \ Е.М.Силкин, Г.В.Мизин, А.И.Пахалин и др. - Заявл. 23.01.92, Опубл. 30,09.94. Б.И. №18)
Недостатком инвертора напряжения является низкая надежность работы на индукционный нагреватель или другую электротехнологическую нагрузку с высокой добротностью. Это обусловлено высоким уровнем коммутационных потерь и перенапряжений на полностью управляемом вентиле и встречно-параллельном диоде, высокими уровнями токов через полностью управляемый вентиль и встречно-параллельный диод из-за наличия постоянной составляющей в токе через нагрузку, что может привести к выходу их из строя.
Известен инвертор напряжения, содержащий подключенную к входным выводам инвертора напряжения через дроссель фильтра последовательную цепь, состоящую из выходных выводов инвертора напряжения, зашунтированных компенсирующим конденсатором, и полностью управляемого вентиля, зашунтированную разделительным конденсатором (А.с. 1800659 СССР, МКИ Н05В 6\06. Устройство для индукционного нагрева \ С.В.Дзлиев, Е.М.Силкин, С.Н.Тазихин и др. - Заявл. 15.10.90, Опубл. 09.10.92, Б.И. №9).
Указанный инвертор напряжения является наиболее близким по технической сущности к полезной модели и выбран в качестве прототипа.
Недостатком инвертора напряжения является низкая надежность работы на индукционный нагреватель или другую электротехнологическую нагрузку с высокой добротностью. Это обусловлено высоким уровнем коммутационных потерь и перенапряжений на полностью управляемом вентиле, высоким уровнем тока через полностью управляемый вентиль из-за наличия постоянной составляющей в токе нагрузки, что может привести к выходу его из строя.
Полезная модель направлена на решение задачи повышения надежности работы инвертора напряжения, что является целью полезной модели.
Указанная цель достигается тем, что инвертор напряжения содержит, подключенную к входным выводам инвертора напряжения через дроссели фильтра последовательную цепь, состоящую из выходных выводов инвертора напряжения, зашунтированных компенсирующим конденсатором, и разделительного конденсатора, зашунтированную полностью управляемым вентилем с встречно-параллельным диодом.
Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является повышение надежности работы инвертора напряжения на индукционный нагреватель или другую электротехнологическую нагрузку с высокой добротностью, что достигается существенным снижением уровней коммутационных потерь и перенапряжений на полностью управляемом вентиле и встречно-параллельном диоде, уровней токов через них из-за отсутствия постоянной составляющей в токе нагрузки, что снижает вероятность выхода полностью управляемого вентиля и встречно-параллельного диода из строя.
Повышение надежности работы инвертора напряжения является полученным техническим результатом, обусловленным новыми элементами в схеме инвертора напряжения, порядком их включения, реализуемым способом управления и новыми связями, то есть отличительными признаками полезной модели. Таким образом, отличительные признаки заявляемого инвертора напряжения являются существенными.
На рисунке приведена схема инвертора напряжения.
Инвертор напряжения содержит, подключенную к входным выводам инвертора напряжения через дроссели фильтра 1, 2 последовательную цепь, состоящую из выходных выводов инвертора напряжения, зашунтированных компенсирующим конденсатором 3, и разделительного конденсатора 4, зашунтированную полностью управляемым вентилем 5 с встречно-параллельным диодом 6. Нагрузка 7 подключена к выходным выводам инвертора напряжения.
Инвертор напряжения в установившемся режиме работает следующим образом. Импульсы управления на полностью управляемый вентиль 5 подаются в моменты перехода
напряжения на нем через ноль с положительной (+ сверху по схеме) в отрицательную область значений (не ранее момента равенства напряжения на разделительном конденсаторе 4 и мгновенного значения напряжения на компенсирующем конденсаторе 3, и не позднее момента выключения встречно-параллельного диода 6). Полностью управляемый вентиль 5 включается и проводит ток на части периода выходного переменного напряжения. Выключение полностью управляемого вентиля 5 производится позднее прогнозируемого момента перехода мгновенного значения напряжения на компенсирующем конденсаторе 3, образующем с нагрузкой 7 колебательный контур параллельного типа, через ноль в положительную область. В момент равенства напряжения на разделительном конденсаторе 4 и мгновенного значения напряжения на компенсирующем конденсаторе 3 включается встречно-параллельный диод 5 (при условно отрицательной полярности напряжения на компенсирующем конденсаторе 3). Условно положительная полярность напряжения на компенсирующем конденсаторе 3 обусловлено свободным переходным процессом в нагрузочном колебательном контуре 3, 7. Полностью управляемый вентиль 5 в интервалах проводимости встречно-параллельного диода 6 тока не проводят (даже если на него подан управляющий сигнал). После выключения встречно-параллельного диода 6 полностью управляемый вентиль 5 вступает в работу и начинает проводить ток, который нарастает по квазилинейному закону до момента его отключения (снятия управляющего импульса). Встречно-параллельный диод 6 и полностью управляемый вентиль 5, таким образом, проводят ток в течение суммарного интервала времени, превышающего четверть периода выходного переменного напряжения в отрицательном полупериоде. Период (полный цикл работы инвертора) выходного переменного напряжения соответствует полному циклу работы полностью управляемого вентиля 5 и встречно-параллельного диода 6.
Компенсирующий конденсатор 3 обеспечивает параллельную компенсацию реактивности нагрузки 7, имеющей высокую добротность. Собственная частота параллельного
нагрузочного колебательного контура 3, 7 несколько выше частоты выходного переменного напряжения инвертора.
Дроссели фильтра 1, 2 обеспечивают защиту элементов инвертора напряжения при коротких замыканиях в нагрузке 7, исправных элементов, при выходе из строя полностью управляемого вентиля 5 и (или) встречно-параллельного диода 6, и симметричное ограничение тока при глухом закорачивании выводов нагрузки (индуктора) 7 на «землю» (корпус) устройства. Дроссели фильтра 1, 2 также служат для фильтрации переменной составляющей напряжения на разделительном конденсаторе 4 и уменьшения влияния на источник питания инвертора напряжения или фильтрации переменной составляющей тока источника питания инвертора напряжения. Разделительный конденсатор 4 обеспечивает эффективную фильтрацию напряжения на выводах постоянного тока последовательной цепи.
Включение полностью управляемого вентиля 5 осуществляется при нулевых значениях тока и напряжения на нем. Выключение полностью управляемого вентиля 5 происходит при максимальном токе через него. Однако за счет действия компенсирующего конденсатора 3, шунтирующего нагрузку 7, перенапряжения в схеме инвертора отсутствуют (коммутация при нулевом напряжении), а коммутационные потери при выключении полностью управляемого вентиля 5 незначительны.
Параллельная компенсация реактивности нагрузки 7 является наиболее предпочтительной при высокой добротности, так как обеспечивает протекание минимально возможных токов через элементы схемы инвертора напряжения.
Полностью управляемый вентиль 5 при реализации инвертора напряжения может быть выполнен как на двухоперационных тиристорах, так и на транзисторах различных типов, а также на комбинированных ключах.
По сравнению с прототипом существенно повышается надежность работы инвертора напряжения на индукционный нагреватель или другую электротехнологическую нагрузку
с высокой добротностью. Это достигается за счет снижения величин токов полностью управляемого вентиля и встречно-параллельного диода (более чем в два раза), уровней перенапряжений на полностью управляемом вентиле и встречно-параллельном диоде, возникающих при их коммутациях, уровней электромагнитных помех, возникающих при выключении полностью управляемого вентиля и встречно-параллельного диода, нежесткой коммутацией полностью управляемого вентиля, отсутствия постоянной составляющей в токе нагрузки, что обеспечивает получение заданной мощности инвертора напряжения при меньших уровнях рабочих токов через полностью управляемый вентиль и встречно-параллельный диод. Повышается устойчивость работы инвертора напряжения и вероятность срывов инвертирования при работе на изменяющуюся в широких пределах электротехнологическую нагрузку (индукционный нагреватель) при сбоях в системе управления инвертора.
Дополнительно (по сравнению с прототипом) может быть существенно упрощена конструкция энергетической (силовой) части инвертора напряжения и расширена область применения за счет обеспечения возможности использования полностью управляемого вентиля и встречно-параллельного диода со сниженными требованиями к их параметрам и более низкой ценой.
По сравнению с прототипом, дополнительно, повышается коэффициент полезного действия инвертора напряжения за счет уменьшения токов и коммутационных потерь энергии в полностью управляемом вентиле и встречно-параллельном диоде (снижение уровней коммутационных перенапряжений, рекуперация части энергии перенапряжений в нагрузку), отсутствия постоянной составляющей в токе нагрузки. При питании нагрузки через согласующий трансформатор исключается подмагничивание его сердечника. Расширяется, таким образом, и область применения инвертора напряжения.
Инвертор напряжения, содержащий подключенную к входным выводам инвертора напряжения через дроссели фильтра последовательную цепь, состоящую из выходных выводов инвертора напряжения, зашунтированных компенсирующим конденсатором, и разделительного конденсатора, зашунтированную полностью управляемым вентилем с встречно-параллельным диодом.
