RU2038684C1 - Off-line inverter - Google Patents
Off-line inverter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2038684C1 RU2038684C1 RU93018215A RU93018215A RU2038684C1 RU 2038684 C1 RU2038684 C1 RU 2038684C1 RU 93018215 A RU93018215 A RU 93018215A RU 93018215 A RU93018215 A RU 93018215A RU 2038684 C1 RU2038684 C1 RU 2038684C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- saturation
- current
- input
- reactors
- capacitor
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразовательной технике устройствам для преобразования постоянного напряжения в переменное, может применяться во вторичных источниках питания переменного тока. The invention relates to electrical engineering, in particular to a converting technique, devices for converting direct voltage to alternating current, can be used in secondary AC power sources.
Известны инверторы, выполняющие указанные функции, в качестве ключевых элементов использующие тиристоры [1] Тиристоры в инверторах подвергаются воздействию тепла от тока, протекающего по ним, и воздействию перенапряжений, возникающих при работе инвертора, совместное воздействие тепла и перенапряжений приводит к пробою тиристоров, т.е. к ненадежной работе инвертора, поэтому тиристоры надо охлаждать, что приводит к увеличению массы и габаритов инвертора и к другим сложностям, если охлаждение принудительное, а ограничение тиристоров по напряжению ведет к применению различных схем их последовательного соединения, что также увеличивает массу, габариты, стоимость инвертора и усложняет силовую цепь. There are known inverters that perform these functions, using thyristors as key elements [1] Thyristors in inverters are exposed to heat from the current flowing through them, and to the effects of overvoltages arising from the inverter, the combined effect of heat and overvoltages leads to breakdown of the thyristors, etc. e. unreliable operation of the inverter, therefore, the thyristors must be cooled, which leads to an increase in the mass and dimensions of the inverter and to other difficulties if the cooling is forced, and the limitation of the thyristors in voltage leads to the use of various schemes for their series connection, which also increases the mass, dimensions, and cost of the inverter and complicates the power circuit.
Наиболее близок по технической сути известный мостовой инвертор с входным электронным ключом, мост которого содержит четыре тиристора с присоединенными к ним обратными диодами, в диагональ переменного тока моста включены последовательно соединенные конденсатор и нагрузка, а в диагональ постоянного тока источник питания с присоединенным к нему входным электронным ключом [2]
Целью изобретения является увеличение надежности, расширение функциональных возможностей, упрощение силовой цепи.The closest in technical essence is the well-known bridge inverter with an input electronic switch, the bridge of which contains four thyristors with reverse diodes connected to them, the capacitor and load are connected in series to the bridge diagonal, and the power supply with the input electronic bridge is connected to the diagonal of direct current key [2]
The aim of the invention is to increase reliability, expand functionality, simplify the power circuit.
Цель достигается тем, что в известном мостовом инверторе с электронным ключом на входе полупроводниковые элементы моста заменены нелинейными индуктивностями первым, вторым, третьим и четвертым дросселями насыщения, последовательно с дросселями насыщения в смежные плечи моста включены первый и второй датчики тока, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами блока управления входным ключом. The goal is achieved by the fact that in the known bridge inverter with an electronic switch at the input, the semiconductor elements of the bridge are replaced by non-linear inductances by the first, second, third and fourth saturating reactors, in series with saturation reactors, the first and second current sensors are connected to adjacent bridge arms, the outputs of which are connected respectively to the first and second inputs of the input key control unit.
Дроссели насыщения можно изготовить высоковольтными, малогабаритными, с небольшим омическим сопротивлением, дешевыми, поэтому замена полупроводниковых элементов моста инвертора дросселями насыщения ведет к увеличению надежности и расширению функциональных возможностей, например, можно резко увеличить рабочую частоту инвертора, подобрав соответствующие дроссели насыщения. Saturation chokes can be made high-voltage, small-sized, with low ohmic resistance, cheap, therefore replacing the semiconductor elements of the inverter bridge with saturation chokes leads to increased reliability and functionality, for example, you can dramatically increase the inverter operating frequency by selecting the appropriate saturation chokes.
Изобретательский уровень данного технического решения состоит в том, что, во-первых, полупроводниковые элементы моста инвертора заменены дросселями насыщения, во-вторых, организован такой режим включения и выключения входного электронного ключа, при котором управляемо и частично подавлена способность дросселей насыщения переключать ток в обратном направлении, зато в полной мере используется способность работать в режиме "Включено-выключено". The inventive step of this technical solution lies in the fact that, firstly, the semiconductor elements of the inverter bridge are replaced by saturation reactors, and secondly, such an on / off mode of the input electronic key is organized in which the ability of the saturation reactors to switch the current to reverse is controlled and partially suppressed direction, but the ability to work in the "On-Off" mode is fully used.
Известно, что нелинейные индуктивности дроссели насыщения можно применять в качестве переключающих дросселей, это свойство основано на нелинейности намагничивания сердечника дросселя. Пока сердечник не насыщен, напряженность Н магнитного поля в нем не превышает некоторой величины Нн, зависящей от свойств магнитного материала. В силу закона Ампера IN Hl ограничен и ток I, протекающий по обмотке дросселя (где N число витков; l длина сердечника). Магнитное состояние сердечника при этом определяется согласно закону Фарадея Ф (I/N) ∫ Edt (1), где Ф магнитный поток через сердечник; Е напряжение, приложенное к обмотке дросселя. Так как Ф B S (2), где В индукция сердечника; S площадь поперечного сечения сердечника, то (1) представим в виде В (I/NS) ∫ Edt (3), если напряжение Е постоянное, то (3) упрощается Δ В Е Δ t/NS (4).It is known that nonlinear inductance saturation chokes can be used as switching chokes, this property is based on the nonlinearity of magnetization of the core of the choke. While the core is not saturated, the magnetic field strength H in it does not exceed a certain value of H n , depending on the properties of the magnetic material. By virtue of the Ampere law IN Hl, the current I flowing along the inductor winding is also limited (where N is the number of turns; l is the length of the core). In this case, the magnetic state of the core is determined according to the Faraday law Ф (I / N) ∫ Edt (1), where Ф is the magnetic flux through the core; E voltage applied to the inductor winding. Since f BS (2), where B is the induction of the core; S is the cross-sectional area of the core, then (1) can be represented in the form B (I / NS) ∫ Edt (3), if the voltage E is constant, then (3) is simplified Δ В Е Δ t / NS (4).
Поскольку в ненасыщенном состоянии сердечника ток I по обмотке мал и возрастает линейно с течением времени, то так же малы и линейно возрастают магнитное поле Н и индукция В в сердечнике, другими словами, индуктивное сопротивление дросселя очень велико в этот момент. В процессе насыщения сердечника соответствие В μ Н, где μ магнитная проницаемость материала сердечника, исчезает, магнитное поле Н может вырасти в тысячи раз, а индукция В всего на несколько десятков процентов, другими словами, индуктивное сопротивление насыщенного дросселя очень мало, а ток велик (в соответствии с IN Hl). Промежуток времени Δ t от начала приложения напряжения Е к обмотке дросселя до появления состояния насыщения сердечника называют интервалом ожидания, который можно определить из (4) Δ t BNS/E (5). Отсюда следует, что интервал ожидания обратно пропорционален приложенному к обмотке дросселя напряжению Е, это является наиболее важным для понимания работы предложенного инвертора. Since in the unsaturated state of the core the current I along the winding is small and increases linearly over time, the magnetic field H and induction B in the core are also small and linearly increase, in other words, the inductance of the inductor is very large at this moment. In the process of core saturation, the correspondence В μ Н, where μ is the magnetic permeability of the core material, disappears, the magnetic field Н can grow thousands of times, and induction В by only several tens of percent, in other words, the inductance of the saturated inductor is very small, and the current is large ( according to IN Hl). The time interval Δ t from the beginning of the application of voltage E to the inductor winding until the core saturation state appears is called the waiting interval, which can be determined from (4) Δ t BNS / E (5). It follows that the waiting interval is inversely proportional to the voltage E applied to the inductor winding, this is the most important for understanding the operation of the proposed inverter.
На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема инвертора; на фиг.2 функциональная схема одной секции блока управления входным электронным ключом. In FIG. 1 shows a circuit diagram of an inverter; figure 2 is a functional diagram of one section of the control unit input electronic key.
Инвертор содержит дроссели 1-4 насыщения, трансформаторы 5 и 6 тока в качестве датчиков тока, последовательно соединенные конденсатор 7 и нагрузку 8, полностью управляемый входной электронный ключ 9, блок 10 управления входным электронным ключом. The inverter contains saturation chokes 1-4,
Дроссель 1 насыщения связан первым выводом через трансформатор 5 тока с положительной шиной источника питания, а вторым выводом соединен с выводом конденсатора 7, дроссель 2 насыщения связан первым выводом через трансформатор 6 тока с положительной шиной источника питания, а вторым выводом соединен с выводом нагрузки 8, дроссель 3 насыщения соединен первым выводом с общей точкой соединения конденсатора 7 и дросселя 1 насыщения, дроссель 4 насыщения соединен первым выводом с общей точкой соединения нагрузки 8 и дросселя 2 насыщения, вторыми выводами дроссели 3 и 4 насыщения связаны через входной электронный ключ 9 с отрицательной шиной источника питания, вторичная обмотка трансформатора 5 тока соединена с первым входом блока 10, а вторичная обмотка трансформатора 6 тока соединена с вторым входом блока 10 управления входным ключом 9. The saturation inductor 1 is connected by the first output via the
При запуске инвертора предварительно заряжают конденсатор 7 до напряжения Есп с полярностью, указанной на фиг.1 без скобок, затем включают в цепь инвертора. По внутренней первой цепи инвертора конденсатор 7 дроссель 1 насыщения трансформатор 5 тока трансформатор 6 тока дроссель 2 насыщения нагрузка 8 конденсатор 7 начинает течь небольшой ток, линейно возрастая со временем. Этот ток будет обратным для дросселя 1 насыщения и прямым для дросселя 2 насыщения. По внутренней второй цепи инвертора конденсатор 7 дроссель 3 насыщения дроссель 4 насыщения нагрузка 8 конденсатор 7 будет течь такой же небольшой, линейно растущий ток, который будет прямым для дросселя 3 насыщения и обратным для дросселя 4 насыщения. Следовательно, прямой ток будет течь по дросселям 2 и 3 насыщения, а обратный по дросселям 1 и 4 насыщения. Обратный ток определенной величины вызовет во вторичной обмотке трансформатора 5 тока, соединенной с первым входом блока 10 управления входным электронным ключом 9, напряжение, от которого сработает блок 10 и включит входной электронный ключ 9, который откроет путь току источника питания (не показан) с напряжением Еп. При этом на дроссели 2 и 3 насыщения будет действовать прямое напряжение Е Есп + Еп, увеличивающее ток по ним, а на дроссели 1 и 4 насыщения будет действовать обратное напряжение Е Есп Еп. В силу формулы (5) дроссели 2 и 3 насыщения войдут в состояние прямого насыщения быстрее, чем дроссели 1 и 4 в состояние обратного насыщения, поэтому конденсатор 7 перезарядится через дроссели 2 и 3 насыщения прямым током от источника питания, полярность напряжения Ес на конденсаторе 7 изменится (указано в скобках на фиг.1). При спаде прямого тока перезарядки, проходящего по дросселю 2 насыщения и соединенному с ним трансформатору 6 тока, определенная величина спадающего тока вызывает во вторичной обмотке трансформатора 6 тока напряжение, от которого срабатывает блок 10 управления входным ключом 9 и выключает его.When starting the inverter, the
Так как полярность напряжения на конденсаторе 7 теперь обратна первоначальной, то по вышеуказанным двум внутренним цепям снова потекут небольшие, линейно растущие токи, но направления их будут противоположны первоначальным. Эти токи будут прямыми для дросселей 1 и 4 насыщения и обратными для дросселей 2 и 3 насыщения. Обратный ток определенной величины вызовет во вторичной обмотке трансформатора 6 тока, соединенной с вторым входом блока 10 управления входным ключом 9, напряжение, от которого сработает блок 10 и включит входной ключ 9, который откроет путь току источника питания. При этом на дроссели 1 и 4 насыщения будет действовать прямое напряжение Е Ес + Еп, увеличивающее прямой ток по дросселям 1 и 4 насыщения, а на дроссели 2 и 3 насыщения будет действовать обратное напряжение Е Есп Еп, в силу формулы (5) дроссели 1 и 4 насыщения быстрее войдут в состояние прямого насыщения, чем дроссели 2 и 3 в состояние обратного насыщения, поэтому конденсатор 7 зарядится через дроссели 1 и 4 насыщения от источника питания до напряжения Ес с первоначальной полярностью (указано без скобок на фиг.1). При спаде прямого тока зарядки конденсатора 7, проходящего по дросселю 1 насыщения и соединенному с ним трансформатору 5 тока, определенная величина спадающего тока вызовет во вторичной обмотке трансформатора 5 тока напряжение, от которого сработает блок 10 управления входным ключом 9 и выключит его. Схема вернулась в исходное состояние.Since the polarity of the voltage across the
Включение и выключение входного электронного ключа 9 производится при ненасыщенных дросселях 1-4, следовательно, в указанной схеме осуществляется практически бестоковое включение-выключение входного ключа 9. Так как индуктивности дросселей насыщения одинаковы, то по нагрузке 8 будет протекать симметричный переменный ток. Switching the input
Блок 10 управления входным электронным ключом 9 состоит из двух одинаковых секций, каждая содержит первый и второй каналы, первый канал включает входной ключ 9, а второй выключает его. The
Первый канал содержит входной переменный резистор 11, усилитель-ограничитель 12, формирователь 13 прямоугольных импульсов, устройство 14 дифференцирования и выбора импульсов, формирователь 15 прямоугольных коротких импульсов, формирователь 16 прямоугольных импульсов, конечный усилитель 17. The first channel contains an
С вторичной обмотки трансформатора тока, например трансформатора 5 тока, импульс напряжения, соответствующий определенной величине обратного тока, поступает на вход переменного резистора 11. Пусть импульс входного напряжения будет отрицательным, тогда с выхода резистора 11 сигнал поступает на инвертирующий вход усилителя-ограничителя 12, выполненного на операционном усилителе в варианте однополярного питания, положительный, ограниченный сверху сигнал поступает на вход формирователя 13 прямоугольных отрицательных импульсов, выполненного на одной ячейке 2И-НЕ, затем сигнал дифференцируется в устройстве 14, в нем же производится выбор отрицательной части продифференцированного импульса, с выхода устройства 14 сигнал поступает на вход формирователя 15 отрицательных коротких импульсов, выполненного на двух ячейках 2И-НЕ, соединенных последовательно, с выхода формирователя 15 сигнал поступает на вход формирователя 16 прямоугольных положительных импульсов, выполненного в виде моновибратора на таймере (типа КР1006ВИ1), выход с моновибратора соединен с входом конечного усилителя 17, выполненного с трансформаторным выходом. From the secondary winding of the current transformer, for example,
Переменным резистором 11 задается начальная точка включения входного ключа 9 при запуске инвертора, т.е. задается такое начальное соответствие между величиной обратного тока, перемагничивающего дроссели насыщения в обратном направлении, и моментом включения входного ключа 9, что становится возможным инвертирование. Однажды заданное соответствие сохраняется при изменениях нагрузки и питающего напряжения. Имеется минимальная величина обратного тока, при которой инвертирование еще возможно, точку включения входного ключа 9 можно передвигать от минимальной величины обратного тока до его амплитудной величины, таким образом можно регулировать среднюю величину напряжения на нагрузке 8.
Второй канал содержит входной переменный резистор 18, усилитель-ограничитель 19, формирователь 20 прямоугольных импульсов, устройство 21 дифференцирования и выбора импульса, формирователь 22 коротких прямоугольных импульсов, формирователь 23 прямоугольных импульсов, конечный усилитель 24. The second channel contains an
На входной переменный резистор 18 от трансформатора 5 тока поступает положительный сигнал от прямого тока его спадающей ветви. С резистора 18 сигнал поступает на неинвертирующий вход усилителя-ограничителя 19, выполненного на операционном усилителе в варианте однополярного питания, положительный, ограниченный сверху сигнал поступает на вход формирователя 20 отрицательных прямоугольных импульсов, выполненного на одной ячейке 2И-НЕ, затем сигнал дифференцируется в устройстве 21, в нем же производится выбор положительной части продифференцированного импульса. С выхода устройства 21 сигнал поступает на вход формирователя 22 коротких отрицательных импульсов, выполненного на одной ячейке 2И-НЕ, с выхода формирователя 22 сигнал поступает на вход формирователя 23 прямоугольных положительных импульсов, выполненного в виде моновибратора на таймере (типа КР1006ВИ1), выход моновибратора соединен с входом конечного усилителя 24 с трансформаторным выходом. At the
Блок 10 управления входным ключом 9 в вышеописанном исполнении предназначен для управления двухоперационным тиристором. Если же в качестве входного ключа применяется транзистор, то выход с формирователя 22 соединяют с входом "Сброс" формирователя 16, выполненного в виде моновибратора на таймере (КР1006ВИ1). Импульс с формирователя 22 ограничивает длительность выходного импульса формирователя 16, поэтому входной ключ транзистор будет открыт строго определенное время. The input
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93018215A RU2038684C1 (en) | 1993-04-08 | 1993-04-08 | Off-line inverter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93018215A RU2038684C1 (en) | 1993-04-08 | 1993-04-08 | Off-line inverter |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU93018215A RU93018215A (en) | 1995-05-27 |
RU2038684C1 true RU2038684C1 (en) | 1995-06-27 |
Family
ID=20139962
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU93018215A RU2038684C1 (en) | 1993-04-08 | 1993-04-08 | Off-line inverter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2038684C1 (en) |
-
1993
- 1993-04-08 RU RU93018215A patent/RU2038684C1/en active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1. Справочник по преобразовательной технике. Под ред. И.М.Чиженко. Киев: Техника. 1978. * |
2. Кулик В.Д. и др. Тиристорные инверторы резонансного типа с широтным регулированием напряжения. Киев: Наукова думка, 1990, с.20, рис.4б. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA1325658C (en) | Switching power source means | |
US5063488A (en) | Switching power source means | |
US3986052A (en) | Power switching control circuit with enhanced turn-off drive | |
US3541428A (en) | Unsaturating saturable core transformer | |
KR930000966B1 (en) | Non-linear resonant switch and converter | |
US4952819A (en) | Circuit for limiting current peaks at turn-on of a switching transistor | |
EP0079130B1 (en) | Reactive snubber for inductive load clamp diodes | |
US3925715A (en) | Regulated DC to DC converter | |
US3914680A (en) | Static inverter | |
US3408551A (en) | Current spike suppressor for inverter | |
RU2038684C1 (en) | Off-line inverter | |
US3281644A (en) | Inverter circuitry using controlled rectifiers | |
US3942094A (en) | Commutation circuit and applications thereof | |
US3701939A (en) | Reverse voltage circuit for thyristors | |
US3818313A (en) | Switched transistor power inverter circuit with saturable reactor current limiting means | |
RU2038686C1 (en) | Voltage inverter | |
US3932800A (en) | Direct current power control circuit | |
RU2038685C1 (en) | Inverter | |
US3683267A (en) | Power control system | |
US3349311A (en) | Control circuit for unsymmetrical power converter | |
US3281716A (en) | Transistor power supply | |
US4030021A (en) | Inverter | |
SU951645A1 (en) | Power switch amplifier | |
US3299279A (en) | Turn-off circuitry for silicon controlled rectifier and other thyratron-like devices | |
JP3327754B2 (en) | Gate drive device for semiconductor switching element |