Последовательный инвертор тока

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может использоваться в источниках питания lio- вышенной частоты для индукционного нагрева. Его цель - упрощение и уменьшение габаритои инвертора. Устр-во содержит мост на встречно-параллельных вентилях 1-8, в плечи которого включены дроссели 9-12. Нагрузка 13 включена в цепь коммутирующего дросселя 14 и конденсатора 15. Обмотки дросселей всех плеч моста размещены на общем магнитопроводе, причем обмотки 9 и 11, а также 10 и .12 включены встречно друг другу. Магнитные потоки, создаваемые в сердечнике .при протекании токов по плечам моста, при равенстве токов в противолежащих плечах взаимно компенсируются. Небаланс токов в противолежащих плечах моста приводит к возникновению на обмотках дросселей ЭДС самоиндукции, препятствующих разбалансу, за счет чего происходит вьфавнивание токов, протекающих по обоим контурам перезаряда конденсатора 15. 2 з.п. ф-лы, 5 ил. (Л 00 tc юо ;О О фиг.1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН дц 4 Н 02 М 7/523

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

C ф

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4040229/24-07 (22) 24.03,86 (46) 07.08.87. Бюл. Н 29 (71) Уфимский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (72) А.В. Иванов и M.M. Мульменко (53) 621.314.57 (088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 830621, кл. Н 02 М 7/515, 1981.

Патент Японии У 50-35203, кл. Н 02 M 7/505, 1975.

Авторское свидетельство СССР

Ф 650189, кл. H 02 M 7/515, 1979.

Узянбаев А.Х., Федосов М.Д., Виноградов А.B., Короткин С.Д. Разработка и исследование системы электромагнитного формования порога жидкого олова в технологии горячего полирования стекла. — В кн.: Применение автоматизированных полупроводниковых преобразователей в машиностроении. Межвуз. науч. сб, Уфимск. ордена Ленина авиац. ин-та им. Серго

Орджоникидзе, 1984, N 13, с. 62-67.

„„SU„„1328907 А1 (54) ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ ИНВЕРТОР ТОКА (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может использоваться в источниках питания повышенной частоты для индукционного нагрева. Его цель — упрощение и уменьшение габаритов инвертора, Устр-во содержит мост на встречно-параллельных вентилях 1-8, в плечи которого включены дроссели 9-12. Нагрузка 13 включена в цепь коммутирующего дросселя 14 и конденсатора 15. Обмотки дросселей всех плеч моста размещены на общем магнитопроводе, причем обмотки 9 и 11, а также 10 и .12 включены встречно друг другу. Магнитные потоки, создаваемые в сердечнике при протекании токов по плечам моста, при равенстве токов в противолежащих плечах взаимно компенсируются. Небаланс токов в противолежащих плечах моста приводит к возникновению на обмотках дросселей ЭДС самоиндукции, препятствующих разбалансу, эа счет чего происходит выравнивание токов, протекающих по обоим контурам переза ряда конденсатора 15. 2 з.п. ф-лы, 5 ил, 1 1328907

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к преобразователям постоянного тока в переменный и может быть использовано в источниках питания повьш енной частоты для индукционных нагревательных установок, Цель изобретения — упрощение и снижение габаритов устройства.

На фиг. 1 и 2 приведены варианты принципиальной электрической схемы инвертора, на фиг, 3 и 4 — дроссель с двумя различными исполнениями конструкции магнитопровода и обмоток, общий вид; на фиг, 5 — временные диаграммы токов i и напряжений U, поясняющие работу схемы..

Инвертор (фиг. 1 и 2) содержит мост, плечи которого образованы парами встречно-параллельных вентилей 18 и обмотками дросселя 9-12 нагрузку 13, включенную в диагональ переменного тока последовательно с LCконтуром, состоящим из дросселя 14 и конденсатора 15, и фильтрующий дроссель 16, связывающий диагональ постоянного тока с источником питания, причем обмотки 9-12 всех четырех плеч размещены на общем магнитопроводе 17 (фиг. 3 и 4), причем обмотки 9 и 11, а также 10 и 12, включенные в смежные плечи, соединенные с одноименными выводами диагонали постоянного тока, включены встречно по отношению друг к другу, и обмотки, включенные в смежные плечи, имеющие общую точку соединения с диагональю переменного тока, включены согласно (пары обмоток 9, 10 и 11, 12). Конструктивно плечи моста могут быть выполнены в виде вентильных блоков с анодным и катодным выводами, а дроссели— в виде пакета шин, пропущенных через окно общего магнитопровода 17 (шины 9-12, фиг. 3 и 4). На фиг. 3 маг нитопровод выполнен двухстержневым прямоугольным (возможна также торо" идальная или О-образная форма сердечника). Обмотки выполнены в вице двух пар шин (9, 11 и 10, 12), каждая пара шин включена в соответствующую пару смежных плеч моста (фиг,1 и 2), начальный вывод однбй шины соединен с конечным выводом второй с помощью перемычки, служащей выводом одной из диагоналей моста. На фиг.3 перемычки снабжены выводами 18.

Во втором варианте (фиг. 4) магнитопровод выполнен на Ш-образном сердечнике, в каждое из окон которого пропущена пара шин, включенных в противолежащие плечи мосФа (шины 10 и

11 в первое окно, а шины 9 и 12 — ao второе окно), начальные выводы шин первой пары (10 и 11) соединены с конечными выводами шин второй пары (9 и 12), причем точки соединения образуют выводы 19 диагонали переменного тока, Статический преобразователь работает следующим образом (фиг. 5) .

На пары управляемых вентилей противолежащих плеч от системы управления поступают управляющие импульсы тока (на фиг. 5 оси ординат временных диаграмм обозначены позиционными обозначениями элементов схем фиг.1, 2, напряжение или ток которых соотвествует данной диаграмме).

Рассмотрим электромагнитные процессы, протекающие в течение одного периода инвертирования в установившемся режиме работы.

В начальный момент t включены прямые вентили 5.и 3, благодаря чему ток дросселя 16 протекает по цепи: вентиль 5 — нагрузка 13 - дроссель 14 — конденсатор 15 — вентиль 3.

Благодаря тому, что индуктивность фильтрующего дросселя 16 IIo меньшей мере на порядок больше индуктивности коммутирующего дросселя 14, в установившемся режиме TQK дросселя 16 близок к постоянному и имеет небольшие пульсации, частота которых равна удвоенной частоте инвертирования (диаграмма 16 фиг. 3). Этим током конденсатор 15 заряжается напряжением, принятым за прямую полярности (фиг. 1). В момент t поступают управляющие импульсы, включающие вентили 1, 7, и начинается колебательный перезаряд конденсатора 15 через дроссель 14, нагрузку 13, а также по двум параллельным контурам, первый из которых образован последовательно соединенными вентилем 5, вентилем 1, обмотками 9 и „11, а второйпоследовательно соединенными вентилями 7, 3 и обмотками 10 и 12. В момент t величина тока переэаряда конденсатора 15 превышает величину тока дросселя 16, протекающего через вентили 5 и 3, вследствие чего последние выключаются и на интервале з

132

t ток перезаряда конденсатора

15 протекает по обратным вентилям

5 и 4. Как видно из диаграмм напряжений на вентилях (фиг, 3) интервал является временем восстановления для прямых вентилей 5 и 3. В момент t обратные вентили 6 и 3 вы3 ключаются и в течение интервала t --t в проводящем состоянии остаются вентили 1 и 1, через которые протекает ток дросселя 16, заряжающий конденсатор 15 напряжением обратной полярности. Заряд конденсатора 15 током от источника питания восполняет потерю.энергии конденсатора, имевшую место при перезарядке его через нагрузку 13.

В момент t включаются прямые вентили 5 и 3 и начинается формирование обратной полуволны тока нагрузки благодаря обратному перезаряду конденсатора 15 по двум контурам:

1 5-14-1 -9-1 1 -5- 1 3 и 1 4-3- 1 0-1 2-7-1 3 .

В момент t ток перезаряда из прямых вентилей 1 и 7 переходит в обратные 2 и 8 в момент t6- последние выключаются и включенными остаются вентили 5 и 3. В момент t„ вновь включаются вентили 1 и 7 и процессы в схеме повторяются.

Специфической особенностью данной схемы являются коммутация плеч мостовой схемы и формирование полуволн тока нагрузки за счет колебатель ного перезаряда коммутирующего конденсатора 15 одновременно по двум цепям: через смежные плечи, связанные с положительным и отрицательным полюсами источника питания, Из-за разброса прямых вольтамперных характеристик вентилей величины токов, . протекающих по упомянутым двум цепям при отсутствии в плечах моста индуктивных элементов, могут значительно отличаться, что приводит к перегрузке одних и недоиспользованию других вентилей.

Кроме того, различие в амплитудах коммутирующих полуволн тока в различных плечах моста вызывает неравенство времени восстановления, представляемого вентилям различных плеч, что может привести к срыву инвертирования. Включение отдельных дросселей в каждое плечо мостовой схемы, эквивалентное перенесению части индуктивности коммутирующего дросселя из диагонали переменного тока в пле8907

5О ток индуцируется напряжение положительной полярности по отношению к ко55

25 чи моста, выравнивает токи перезаря2 да конденсатора 15, однако это при" водит к увеличению габаритов и усложнению конструкции устройства. Размещение обмоток 9, 12 и 11, 10 на двух отдельных сердечниках со взаимной компенсацией магнитных потоков, создаваемых обмотками в каждом сердечнике, также является сложным конструктивно, В предлагаемой конструкции статического преобразователя все четыре обмотки (9-12) размещены на одном общем сердечнике и включены таким образом, что магнитные потоки, создаваемые в сердечнике при протекании токов по плечам моста при равенстве токов в противолежащих плечах,взаимно компенсируются. Небаланс токов в противолежаших плечах моста поиволит к возникновению на обмотках лоосселей ЭБС самоинлукциЙ, препятствчюших разбалансу, за счет чего происходит выравнивание токов, протекающих по обеим контурам перезаряда конденсатора 15. Согласно первомч закону Кирхгофа можно записать

1 1 72 1О 16 (11 где i.„, i,,i, i — токи в обмот о ках, причем за направление токов принято направление проводимости прямых вентилей плеч моста; входной ток моста.

Если вследствие неидентичности проводимостей плеч моста в одном из них, например в плече с обмоткой 9, ток получает приращение д i 9, т.е.

1 (О)+Д1 то с учетОм pBBeHcTHG (1) в смежном плече ток i,„ ïoëó÷àåò отрицательное приращение той же веT,е. 1„„= 1 („) -3 1 . Зто приводит к намагничиванию магнитопровода, характеризующемуся дополнительными ампервитками 2ai<, при этом на начальных выводах всех четырех обмонечным выводам. Данное напряжение стремится увеличить ток в обмотке 12 и уменьшить ток в обмотке 10 также на величину д 1, т.е. происходит выравнивание токов в противолежащих плечах моста с точностью, пропорциональной отношению индуктивного сопротивления обмотки к разности сопро5 1328907 6 тивлений плеч, между которыми проис- торые соединены с одним входным вывоходит выравнивание. дом, включены встречно между собой.

Формула изобретения

1. Последовательный инвертор тока, содержащий подключенный через фильтровый дроссель к входным выводам мост> каждое плечо которого состоит иэ последовательно соединенных пары 10 встречно-параллельных вентилей и обмотки дросселя, причем обмотки дросселя последовательно соединенных плеч, расположены ва одном магнитопроводе и включены встречно, в диаго- 1,5 наль переменного тока моста последовательно с LC-контуром включена цепь нагрузки, отличающийся тем, что, с целью упрощения и снижения габаритов устройства, обмотки д1 всех четырех плеч размещены на одном общем магнитопроводе, причем обмотки, включенные в противофазные плечи, ко2, Инвертор по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что в дросселе стержневого тип.а обмотки выполнены в виде двух пар шин, каждая пара включена в соответствующую, пару смежных плеч моста, начальный вывод одной шины соединен с конечным выводом второй с помощью перемычки, служащей выводом одной из диагоналей моста.

3. Инвертор по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что в дросселе бро" невого типа обмотки выполнены в виде двух пар шин, причем в каждое из окон сердечника дро селя пропущена пара шин, включеннык в соответствующие противолежащие плечи моста, начальные выводы шин первой пары соединены с конечными выводами шин второй пары, причем точки соединения образуют выводы диагонали переменного тока.

1328907

Ф7

rEz з tvEs 4 ч

Риа 5

Составитель А. Рухман

Редактор Г. Волкова Техред Л.Сердюкова

Корректор А.Тяско

Заказ 3495/55 Тираж 659

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подпиеное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4