RU2016488C1

RU2016488C1 - Two-cell resonance inverter

Info

Publication number: RU2016488C1
Authority: RU
Inventors: Евгений Михайлович Силкин; Геннадий Васильевич Мизин; Анатолий Иванович Пахалин; Сергей Федорович Трифонов; Виктор Иванович Пригожин; Василий Серафимович Самойлов
Original assignee: Евгений Михайлович Силкин; Геннадий Васильевич Мизин; Анатолий Иванович Пахалин; Сергей Федорович Трифонов; Виктор Иванович Пригожин; Василий Серафимович Самойлов
Priority date: 1991-07-04
Filing date: 1991-07-04
Publication date: 1994-07-15

Abstract

FIELD: conversion equipment. SUBSTANCE: two-cell resonance inverter has first switching capacitor 1, switching choke 2, load 3, second switching capacitor 4, filter choke 5 with secondary winding connected in series to input leads. Thyristors 7, 8 shunt series circuit composed of proper capacitor 1 or 4, choke 9 and load. Schmitt flip-flop is coupled in series with flip-flop having setting inputs 10 and key circuit 11 linked to output control stages 13, 14. EFFECT: enhanced operational reliability. 1 dwg

Description

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника питания для электротехнологических установок. The invention relates to a conversion technique and can be used as a power source for electrotechnological installations.

Известен резонансный инвертор, содержащий соединенный с одним из входных выводов дроссель фильтра, соединенные последовательно первый тиристор, первый коммутирующий дроссель, первый конденсатор фильтра, первый дроссель фильтра и второй дроссель фильтра, второй конденсатор фильтра, второй коммутирующий дроссель и второй тиристор, подключенные ко входным выводам через упомянутый дроссель фильтра, первый коммутирующий конденсатор, второй коммутирующий конденсатор, цепь нагрузки, первый и второй диоды, последовательно соединенные первый тиристор и первый коммутирующий дроссель зашунтированы цепью из последовательно соединенных первого коммутирующего конденсатора и цепи нагрузки, последовательно соединенные второй коммутирующий дроссель и второй тиристор зашунтированы цепью из последовательно соединенных второго коммутирующего конденсатора и цепи нагрузки, первый диод шунтирует цепь из первого коммутирующего дросселя и первого конденсатора фильтра, второй диод шунтирует цепь из второго коммутирующего дросселя и второго конденсатора фильтра [1]. A known resonant inverter comprising a filter choke connected to one of the input terminals, a first thyristor, a first switching choke, a first filter capacitor, a first filter choke and a second filter choke, a second filter capacitor, a second switching choke and a second thyristor connected to input terminals through said filter choke, a first switching capacitor, a second switching capacitor, a load circuit, first and second diodes connected in series with the first the first thyristor and the first switching choke are shunted by a circuit from the first switching capacitor and the load circuit, the second switching thyristor and the second thyristor are shunted by the circuit from the second switching capacitor and the load circuit, the first diode shunts the circuit from the first switching choke and the first filter capacitor , the second diode shunts the circuit from the second switching reactor and the second filter capacitor [1].

Недостатком резонансного инвертора является низкая надежность его работы в условиях изменяющейся нагрузки из-за перегрузок элементов по току и напряжению при увеличении и снижении сопротивления нагрузки. The disadvantage of a resonant inverter is the low reliability of its operation in a changing load due to overload of elements in current and voltage with increasing and decreasing load resistance.

Известен резонансный инвертор, содержащий соединенный с одним из входных выводов дроссель фильтра, коммутирующий дроссель, коммутирующий конденсатор, ячейку на тиристоре с встречным диодом, цепь нагрузки, коммутирующий конденсатор и цепь нагрузки соединены последовательно, подключены через упомянутый дроссель ко входным выводам и зашунтированы цепью из последовательно соединенных коммутирующего дросселя и ячейки на тиристоре с встречным диодом [2]. Known resonant inverter containing connected to one of the input terminals of a filter choke, a switching choke, a switching capacitor, a cell on a thyristor with a counter diode, a load circuit, a switching capacitor and a load circuit are connected in series, connected through the mentioned choke to the input terminals and shunted by a chain from sequentially connected switching choke and cells on the thyristor with a counter diode [2].

Недостатком резонансного инвертора является низкая надежность его работы в условиях изменяющейся нагрузки из-за перегрузок элементов по току и напряжению при увеличении сопротивления нагрузки, малого уровня обратного напряжения на тиристоре в интервале восстановления управляющих свойств. The disadvantage of a resonant inverter is the low reliability of its operation in a changing load due to overload of elements in current and voltage with increasing load resistance, a low level of reverse voltage on the thyristor in the recovery interval of control properties.

Известен резонансный инвертор, содержащий соединенные с одним из входных выводов первый и второй дроссели фильтра, первый и второй коммутирующие дроссели, первый и второй коммутирующие конденсаторы и первую и вторую ячейки на тиристоре с встречным диодом, а также цепь нагрузки, первый коммутирующий дроссель и первая ячейка на тиристоре с встречным диодом, второй коммутирующий дроссель и вторая ячейка на тиристоре с встречным диодом соединены последовательно и подключены через упомянутые первый и второй дроссели фильтра ко входным выводам, первый и второй коммутирующие конденсаторы соединены последовательно и подключены к точкам соединения первого и второго дросселей фильтра с первым и вторым коммутирующими дросселями, цепь нагрузки подключена к точкам соединения первого и второго коммутирующих конденсаторов и первой и второй ячеек на тиристоре с встречным диодом [3]. Known resonant inverter containing connected to one of the input terminals of the first and second filter chokes, the first and second switching chokes, the first and second switching capacitors and the first and second cells on the thyristor with a counter diode, as well as the load circuit, the first switching choke and the first cell on a thyristor with an oncoming diode, the second switching choke and a second cell on the thyristor with an oncoming diode are connected in series and connected through the aforementioned first and second filter chokes to the input terminal Dam, the first and second switching capacitors are connected in series and connected to the connection points of the first and second filter chokes with the first and second switching chokes, the load circuit is connected to the connection points of the first and second switching capacitors and the first and second cells on the thyristor with a counter diode [3] .

Недостатком резонансного инвертора является низкая надежность его работы в условиях изменяющейся нагрузки из-за перегрузок элементов по току и напряжению при увеличении сопротивления нагрузки, малого обратного напряжения на тиристоре в интервале восстановления управляющих свойств, малого времени выключения, сложности схемы, большого числа полупроводниковых элементов. The disadvantage of a resonant inverter is its low reliability under conditions of a changing load due to overload of elements in current and voltage with increasing load resistance, low reverse voltage on the thyristor in the interval of restoration of control properties, short shutdown time, circuit complexity, a large number of semiconductor elements.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является двухъячейковый резонансный инвертор, который содержит, соединенный с одним из входных выводов дроссель фильтра, первый и второй коммутирующие дроссели, первый и второй коммутирующие конденсаторы и первую и вторую ячейки на тиристоре с встречным диодом, а также цепь нагрузки, первый коммутирующий конденсатор, первый коммутирующий дроссель, цепь нагрузки, второй коммутирующий дроссель, второй коммутирующий конденсатор соединены последовательно и подключены через упомянутый дроссель фильтра ко входным выводам, причем последовательно соединенные первый коммутирующий конденсатор, первый коммутирующий дроссель и цепь нагрузки зашунтированы первой ячейкой на тиристоре с встречным диодом, а последовательно соединенные цепь нагрузки, второй коммутирующий дроссель и второй коммутирующий конденсатор зашунтированы второй ячейкой на тиристоре с встречным диодом. The closest in technical essence to the invention is a dual-cell resonant inverter, which contains, connected to one of the input terminals of the filter choke, the first and second switching chokes, the first and second switching capacitors and the first and second cells on the thyristor with a counter diode, as well as the load circuit the first switching capacitor, the first switching choke, the load circuit, the second switching choke, the second switching capacitor are connected in series and are connected through said a filter choke to the input terminals, wherein the first switching capacitor, the first switching choke and the load circuit are shunted by the first cell on the thyristor with the counter diode, and the load circuit, the second switching choke and the second switching capacitor are shunted by the second cell on the thyristor with the counter diode .

Недостатком прототипа является низкая надежность его работы в условиях изменяющейся нагрузки из-за перегрузок элементов по току и напряжению при увеличении сопротивления нагрузки, малого обратного напряжения на тиристоре в интервале восстановления управляющих свойств, малого времени выключения, сложности схемы, большого числа полупроводниковых элементов. The disadvantage of the prototype is the low reliability of its work in a changing load due to overload of elements in current and voltage with increasing load resistance, low reverse voltage on the thyristor in the interval of restoration of control properties, short shutdown time, circuit complexity, a large number of semiconductor elements.

Цель изобретения - повышение надежности работы двухъячейкового резонансного инвертора. The purpose of the invention is to increase the reliability of the dual-cell resonant inverter.

Указанная цель достигается тем, что в двухъячейковом резонансном инверторе, содержащем соединенный с одним из входных выводов дроссель фильтра, коммутирующий дроссель, первый и второй коммутирующие конденсаторы, первый и второй тиристоры, а также цепь нагрузки, первый коммутирующий конденсатор, коммутирующий дроссель, цепь нагрузки, второй коммутирующий конденсатор соединены последовательно и подключены через упомянутый дроссель фильтра ко входным выводам, последовательно соединенные первый коммутирующий конденсатор, коммутирующий дроссель и цепь нагрузки зашунтированы первым тиристором, а последовательно соединенные коммутирующий дроссель, цепь нагрузки, второй коммутирующий конденсатор зашунтированы вторым тиристором, дроссель фильтра выполнен с вторичной обмоткой, инвертор снабжен триггером Шмитта, триггером с установочными входами и ключевой схемой, соединенными последовательно, причем вход триггера Шмитта подключен к выводам вторичной обмотки дросселя фильтра, второй вход ключевой схемы соединен с выходом блока управления инвертора, а выход со входами выходных каскадов управления тиристорами блока управления инвертором. This goal is achieved by the fact that in a two-cell resonant inverter containing a filter choke connected to one of the input terminals, a switching choke, first and second switching capacitors, first and second thyristors, as well as a load circuit, a first switching capacitor, a switching choke, a load circuit, the second switching capacitor is connected in series and connected through said filter choke to the input terminals, the first switching capacitor is connected in series, commuting the inductor and the load circuit are bridged by the first thyristor, and the series-connected switching inductor, the load circuit, the second switching capacitor are bridged by the second thyristor, the filter inductor is made with a secondary winding, the inverter is equipped with a Schmitt trigger, a trigger with installation inputs and a key circuit connected in series, with the trigger input Schmitt is connected to the terminals of the secondary winding of the filter inductor, the second input of the key circuit is connected to the output of the inverter control unit, and the output to the inputs output stages of thyristor control of the inverter control unit.

Докажем существенность отличительных признаков предлагаемого двухъячейкового резонансного инвертора. Существенным отличием резонансного инвертора является высокая надежность его работы в условиях изменяющейся нагрузки. Это обусловлено обеспечением защиты инвертора при перегрузке элементов по току и напряжению, достаточно высоким уровнем обратного напряжения на тиристоре в интервале восстановления управляющих свойств, увеличением времени, предоставляемого тиристором для выключения, упрощением силовой схемы, уменьшением числа полупроводниковых элементов, характеризующихся низкой перегрузочной способностью. Повышение надежности является новым качеством двухъячейкового резонансного инвертора, обусловленным отличительными признаками. В силу этого, отличительные признаки предлагаемого двухъячейкового резонансного инвертора являются существенными. Let us prove the significance of the distinguishing features of the proposed dual-cell resonant inverter. A significant difference between the resonant inverter is the high reliability of its operation in a changing load. This is due to the protection of the inverter when the elements are overloaded by current and voltage, a sufficiently high level of reverse voltage on the thyristor in the interval of restoration of control properties, an increase in the time provided by the thyristor for switching off, simplification of the power circuit, and a decrease in the number of semiconductor elements characterized by low overload capacity. Improving reliability is a new quality of a dual-cell resonant inverter, due to distinctive features. Due to this, the distinguishing features of the proposed dual-cell resonant inverter are essential.

На чертеже приведена схема двухъячейкового резонансного инвертора. The drawing shows a diagram of a dual-cell resonant inverter.

Инвертор содержит первый коммутирующий конденсатор 1, коммутирующий дроссель 2, цепь нагрузки 3, второй коммутирующий конденсатор 4, дроссель фильтра 5, с вторичной обмоткой 6, соединенные последовательно и подключенные ко входным выводам, первый тиристор 7, шунтирующий последовательно соединенные первый коммутирующий конденсатор, коммутирующий дроссель и цепь нагрузки, второй тиристор 8, шунтирующий последовательно соединенные коммутирующий дроссель, цепь нагрузки и второй коммутирующий конденсатор, триггер Шмитта 9, триггер с установочными входами 10, ключевую схему 11, соединенные последовательно. Вход триггера Шмитта подключен к выводам вторичной обмотки дросселя фильтра. Второй вход ключевой схемы соединен с выходом блока управления инвертором 12, а выход - со входами выходных каскадов 13, 14 управления тиристорами блока управления инвертором. The inverter contains a first switching capacitor 1, a switching choke 2, a load circuit 3, a second switching capacitor 4, a filter choke 5, with a secondary winding 6, connected in series and connected to the input terminals, the first thyristor 7, shunting the connected first switching capacitor, a switching choke and a load circuit, a second thyristor 8, a shunt-connected switching choke, a load circuit and a second switching capacitor, Schmitt trigger 9, a trigger with inputs 10, the key circuit 11 connected in series. The input of the Schmitt trigger is connected to the terminals of the secondary winding of the filter inductor. The second input of the key circuit is connected to the output of the control unit of the inverter 12, and the output is connected to the inputs of the output stages 13, 14 of the thyristor control unit of the inverter control unit.

Двухъячейковый резонансный инвертор работает следующим образом. Тиристоры 7, 8 включаются поочередно. При этом за полный цикл работы тиристоров 7, 8 в цепи нагрузки 3 формируется два полных периода переменного напряжения. Начало каждого периода соответствует моменту включения очередного тиристора 7, 8. Отпирание тиристора 7 приводит к колебательному разряду коммутирующего конденсатора 1 по цепи: 1-7-3-2-1. Коммутирующий конденсатор 4 в интервале работы тиристора 7 заряжается от источника питания по цепи: 4-5- "-" - "+" - 7-4. После спада тока в цепи: 1-7-3-2-1 до нуля коммутирующий конденсатор 1 заряжен с полярностью напряжения, противоположной исходной, тиристор 7 выключается и начинается процесс заряда коммутирующего конденсатора 1 по цепи: 1-2-3-4-5- "-"-"+"-1. Ток через цепь нагрузки 3 изменяет направление на противоположное току, протекающему через цепь нагрузки на интервале работы тиристора 7. Коммутирующий конденсатор 4 по прежнему заряжается входным током по цепи: 4-5-"-"-"+"-1-2-3-4. К тиристору 7 на начальном интервале заряда конденсатора 1 прикладывается обратное напряжение и он восстанавливает свои управляющие свойства. С момента выключения тиристора 7 в работе инвертора имеет место пауза. Пауза улучшает гармонический состав выходного тока. Первый период в работе инвертора заканчивается по окончании паузы и включению тиристора 8. При этом электромагнитные процессы в инверторе протекают аналогично. В интервале работы тиристора 8 и очередной паузы формируется второй период выходного переменного напряжения. Two-cell resonant inverter operates as follows. Thyristors 7, 8 are turned on alternately. Moreover, for the full cycle of operation of thyristors 7, 8, two full periods of alternating voltage are formed in the load circuit 3. The beginning of each period corresponds to the moment the next thyristor 7, 8 is turned on. Unlocking the thyristor 7 leads to an oscillatory discharge of the switching capacitor 1 along the circuit: 1-7-3-2-1. The switching capacitor 4 in the interval of operation of the thyristor 7 is charged from the power source through the circuit: 4-5- "-" - "+" - 7-4. After the current in the circuit drops: 1-7-3-2-1 to zero, the switching capacitor 1 is charged with a voltage polarity opposite to the original, the thyristor 7 is turned off and the charging process of the switching capacitor 1 along the circuit begins: 1-2-3-4-5 - "-" - "+" - 1. The current through the load circuit 3 changes the direction opposite to the current flowing through the load circuit in the interval of operation of the thyristor 7. The switching capacitor 4 is still charged with the input current through the circuit: 4-5 - "-" - "+" - 1-2-3- 4. A reverse voltage is applied to the thyristor 7 in the initial charge interval of the capacitor 1 and it restores its control properties. Since the turn off of the thyristor 7 in the inverter there is a pause. A pause improves the harmonic composition of the output current. The first period in the inverter ends after a pause and the inclusion of thyristor 8. In this case, the electromagnetic processes in the inverter proceed similarly. In the interval of operation of the thyristor 8 and the next pause, a second period of the output alternating voltage is formed.

При изменении сопротивления нагрузки 3 и возрастании напряжений и токов на элементах увеличивается напряжение на вторичной обмотке 6 дросселя фильтра 5 и происходит переключение триггера Шмитта. Триггер Шмитта 9 переводит триггер с установочными входами 10 в режим "запрета" подачи импульсов управления на тиристоры 7, 8. При этом ключевая схема 11 отключает выход блока управления инвертором 12 от входов выходных каскадов 13, 14 управления тиристорами 7, 8 и происходит выключение инвертора. When the load resistance 3 changes and the voltages and currents on the elements increase, the voltage on the secondary winding 6 of the filter inductor 5 increases and the Schmitt trigger switches. Schmitt trigger 9 puts the trigger with installation inputs 10 into the "prohibition" mode for supplying control pulses to thyristors 7, 8. In this case, the key circuit 11 disconnects the output of the control unit from inverter 12 from the inputs of the output stages 13, 14 of control thyristors 7, 8 and the inverter turns off .

Для возобновления работы триггер с установочными входами 10 переводится в режим "разрешения" подачи импульсов управления на тиристоры 7, 8. To resume operation, the trigger with the installation inputs 10 is transferred to the "resolution" mode of the supply of control pulses to the thyristors 7, 8.

По сравнению с прототипом надежность работы предлагаемого двухячейкового резонансного инвертора в составе электротехнологической установки в условиях изменяющейся в широких пределах нагрузки значительно выше. Повышение надежности оценивается по времени наработки на отказ. Время наработки на отказ предлагаемого инвертора в 1,5-1,8 раз выше прототипа и составляет при работе в составе установки индукционного нагрева ориентировочно 2500 ч. Повышение надежности обусловлено защитой инвертора от перегрузок, повышением устойчивости работы за счет увеличения схемного времени выключения и уровня обратного напряжения на тиристорах в интервалах восстановления управляющих свойств, упрощением силовой схемы (уменьшением числа элементов, в том числе полупроводниковых, характеризующихся низкой перегрузочной способностью). Compared with the prototype, the reliability of the proposed two-cell resonant inverter as part of an electrotechnological installation under conditions varying over a wide range of loads is much higher. Reliability increase is estimated by time between failures. The MTBF of the proposed inverter is 1.5-1.8 times higher than the prototype and is approximately 2500 hours when operating as part of the induction heating installation. The increase in reliability is due to the inverter protection against overloads, increased stability of operation by increasing the circuit shutdown time and the reverse level voltage on thyristors in the intervals of restoration of control properties, simplification of the power circuit (reducing the number of elements, including semiconductor, characterized by low overload capacity Yu).

Claims

A TWO-BAND RESONANT INVERTER comprising a filter choke connected to one of the input terminals, a switching choke, a first and second switching capacitors, a first and second thyristors, and a load circuit, the first switching capacitor, a switching choke and a load circuit being connected in series with the first thyristor, and the second thyristor is connected to the load circuit and the second switching capacitor in series, as well as the control unit and the output stages of the thyristor control characterized in that the first switching capacitor, a switching inductor, a load circuit, the second switching capacitor are connected in series and connected to the input terminals through said filter inductor, which is made with a secondary winding connected to the input of an input Schmitt trigger, connected in series with the introduced trigger with installation inputs and a key circuit, the second input of which is connected to the output of the control unit, and the output to the inputs of the output stages of thyristor control, and a mutating inductor, a load circuit and a second switching capacitor are bridged by the second thyristor.