RU2167485C2 - Dc-to-ac converter - Google Patents

Dc-to-ac converter Download PDF

Info

Publication number
RU2167485C2
RU2167485C2 RU99118705/09A RU99118705A RU2167485C2 RU 2167485 C2 RU2167485 C2 RU 2167485C2 RU 99118705/09 A RU99118705/09 A RU 99118705/09A RU 99118705 A RU99118705 A RU 99118705A RU 2167485 C2 RU2167485 C2 RU 2167485C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
current
nonlinear
thyristor
bridge
inverting
Prior art date
Application number
RU99118705/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
И.В. Новопашин
С.А. Аликин
С.В. Новопашина
Original Assignee
Новопашин Игорь Витальевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Новопашин Игорь Витальевич filed Critical Новопашин Игорь Витальевич
Priority to RU99118705/09A priority Critical patent/RU2167485C2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2167485C2 publication Critical patent/RU2167485C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: thyristor frequency converters for inductive heating of metals. SUBSTANCE: connected to input leads through filter choke is DC diagonal line incorporating filter capacitor and connected through nonlinear choke to inverting thyristor bridge with back diodes. Switching capacitor, choke, and load are connected across diagonally opposite pair of ac terminals of this bridge. Connection of one nonlinear choke across diagonally opposite pair of DC terminals between point of connection of rectifier and that of DC diagonal line to thyristor-diode bridge fully eliminates asymmetry of inverting bridge currents due to dispensing with four nonlinear chokes on inverting bridge arms. EFFECT: reduced mass and size, improved operating reliability and effectiveness of components used. 13 dwg

Description

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке тиристорных преобразователей частоты для индукционного нагрева металлов. This invention relates to converter equipment and can be used in the development of thyristor inverters for induction heating of metals.

Известен преобразователь постоянного тока в переменный (по авторскому свидетельству СССР N 1265955, МКИ H 02 М 7/523 от 21.06.84 г., опубл. 23.10.86 г. , бюл. N 39), содержащий подключенный к входным выводам через дроссель фильтра, инвертирующий тиристорный мост с обратными диодами, в диагональ переменного тока которого включены последовательно соединенные коммутирующие конденсатор и дроссель, а в диагональ постоянного тока - последовательная цепочка, состоящая из дополнительного коммутирующего дросселя, разделительного конденсатора и цепи нагрузки. Known converter DC-AC (Copyright certificate USSR N 1265955, IPC H 02 M 7/523 g of 21/06/84, publ. 23.10.86, at Bul. 39 N) having input terminals connected to the filter through the throttle inverting thyristor bridge with reverse diodes in the diagonal AC which are included serially connected capacitor switching and reactor, and in the diagonal DC - serial chain consisting of additional commutating choke capacitor and a load circuit. Четыре нелинейных дросселя включены последовательно с каждым обратным диодом в диагональ постоянного тока моста. Four nonlinear inductor connected in series with each diode in inverse DC diagonal of the bridge.

Недостатком данного преобразователя является его низкая надежность при эксплуатации и низкая эффективность использования оборудования. The disadvantage of this converter is its low reliability in operation and low hardware utilization. Включение четырех нелинейных дросселей последовательно с обратными диодами не позволяет ограничить скорость нарастания анодного тока тиристоров в режиме непрерывного выходного тока, ограничить величину импульса тока сквозного разряда разделительного конденсатора через тиристоры в момент срыва процесса инвертирования. Turning four nonlinear inductors in series with the freewheeling diodes are not to limit the rate of rise of anode current of the thyristors in the continuous mode output current limit value through capacitor discharge current pulse at the moment through the thyristors breakdown inverting process. Кроме этого, включение четырех нелинейных дросселей последовательно с каждым обратным диодом приводит к возникновению несимметрии токов плеч инвертирующего моста из-за невозможности точного изготовления катушек индуктивности. In addition, the inclusion of four nonlinear inductors in series with each diode reflux leads to current unbalance shoulders inverting bridge due to the impossibility precise manufacturing inductors. Все это приводит к снижению надежности работы преобразователя, уменьшает эффективность использования оборудования. All this leads to a decrease in the reliability of the converter, reduces the efficiency of the equipment.

Известен автономный инвертор (по авторскому свидетельству СССР N 1467716, МКИ H 02 M 7/523 от 26.01.87 г., опубл. 23.03.89 г., бюл. N 11), содержащий подключенную к входным выводам через дроссель фильтра последовательную цепь, состоящую из разделительного конденсатора, защитного дросселя и выходных выводов и соединенную одним концом с тиристорным мостом, в диагональ переменного тока которого включен коммутирующий LC-контур. Known autonomous inverter (Copyright certificate USSR N 1467716, IPC H 02 M 7/523 g of 26/01/87, publ. 23.03.89, at Bul. 11 N) having input terminals connected to the filter through the choke series circuit, consisting of a capacitor, a protective choke and output terminals and connected at one end to a thyristor bridge, in which the diagonal AC LC-enabled switching circuit. Тиристорный мост соединен с другим концом последовательной цепи через введенный индуктивный элемент с убывающей генри-амперной характеристикой в диапазоне токов, превышающих номинальный ток. Thyristor bridge connected to the other end of the series circuit via an inductive element inserted with decreasing henry-voltage characteristic of a current range in excess of the rated current.

Недостатком данного инвертора является его низкая надежность при эксплуатации. The disadvantage of this inverter is its low reliability in operation. Включение нелинейного дросселя или индуктивного элемента с убывающей генри-амперной характеристикой в диапазоне токов, превышающих номинальный ток, не позволяет уменьшить скорость нарастания прямого напряжения на тиристорах инвертора. The inclusion of nonlinear inductor or inductive element with a decreasing henry-voltage characteristic of a current range exceeding a nominal current, do not allow to reduce the rate of rise of the forward voltage of the inverter thyristors. Скорость нарастания напряжения превышает критическое значение, что может привести к срыву процесса инвертирования и к быстрому выходу из строя тиристоров. voltage slew rate exceeds the critical value, which may lead to the breakdown process and inverting to a rapid failure of the thyristors.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является последовательный инвертор (по авторскому свидетельству СССР N 1304155, МКИ H 02 M 7/523 от 08.07.85 г., опубл. 15.04.87 г., бюл N 14), содержащий подключенный через фильтровые дроссели к входным выводам фильтровый конденсатор, мост тиристоров и мост обратных вентилей, к выводам переменного тока которого подключены конденсаторы смещения, причем последние соединяют вывод переменного тока моста обратных вентилей и общую точку нелинейных дросселей, включенных последовательно с тиристорами. The most close technical decision to the claimed is consistent inverter (Copyright certificate USSR N 1304155, IPC H 02 M 7/523 g of 08/07/85, publ. 15.04.87, at Bulletin N 14) comprising connected via chokes to Filter input terminals, the filter capacitor, thyristor bridge and bridge return valves, to the terminals of which are connected the AC bias capacitors, the latter being connected alternating current bridge output return valves and the common point of nonlinear inductors connected in series with the thyristors. Нагрузка подключена к выводам переменного тока моста обратных вентилей через LC-коммутирующий контур, состоящий из двух конденсаторов и двух дросселей. The load is connected to the terminals AC return valves through LC-bridge switching circuit consisting of two capacitors and two inductors.

Данная схема имеет большую по сравнению с предыдущими надежность при эксплуатации за счет включения нелинейных дросселей последовательно с тиристорами, что уменьшает скорость нарастания прямого напряжения на тиристорах и скорость нарастания анодного тока тиристоров в режиме непрерывного выходного тока, а также ограничивает величину импульса тока, сквозного разряда фильтрового конденсатора через тиристоры в момент срыва процесса инвертирования. This scheme has a greater compared to previous reliability in operation due to inclusion of nonlinear inductors in series with the thyristors, which reduces the rate of rise of the forward voltage thyristor and the rate of the anode current rise of the thyristors in the continuous output current mode, and also limits the current pulse, through discharge of the filter capacitor through the thyristors at the time of failure inverting process.

Недостатком данной схемы является включение четырех нелинейных дросселей последовательно с каждым тиристором, что предполагает использование в противофазных тактах схемы при работе инвертора различных эквивалентных индуктивностей коммутирующего контура из-за невозможности точного изготовления катушек индуктивностей и приводит к возникновению несимметрии токов плеч инвертора и срыву процесса инвертирования. The disadvantage of this scheme is the inclusion of four nonlinear inductors in series with each thyristor, which involves in antiphase clock cycles when the inverter circuit different equivalent inductance of the switching circuit due to the impossibility of manufacturing precise inductance coils and leads to current unbalance arms of inverter and inverting the disruption process. Несимметрия токов инвертора вызывает резкое уменьшение времени восстановления управляемости тиристоров и резкое увеличение амплитуды тока в одной из диагоналей моста, что может привести к срыву инвертирования и выходу из строя тиристоров и диодов схемы. Unbalance inverter currents causes a sharp decrease in recovery time of the thyristors controllability and sharp increase in the current amplitude in one of the diagonals of the bridge, which could lead to failure of inversion and failure of the thyristors and diodes scheme. При длительной работе инвертора, когда нелинейные дроссели включены последовательно с каждым тиристором, возможно межвитковое замыкание катышки одного из четырех нелинейных дросселей, что также может привести к уменьшению эквивалентной индуктивности одной из диагоналей и к возникновению резкой несимметрии токов плеч инвертора, приводящей к срыву процесса инвертирования и выхода из строя тиристоров. During extended operation of the inverter when the nonlinear inductors are connected in series with each thyristor, it is possible interturn short circuit pellets of one of the four non-linear inductors that can also lead to a decrease in equivalent inductance of one of the diagonals and rise to abrupt current unbalance inverter shoulders, leads to the disruption of the inversion process, and failure of the thyristors. Кроме того, наличие дополнительного коммутирующего LC-контура, конденсаторов смещения и определенный подбор их значений для обеспечения устойчивости работы последовательного инвертора усложняет схему, повышает трудозатраты по изготовлению отдельных ее элементов, ведет к росту материалоемкости инвертора в целом. Furthermore, the presence of additional switching LC-circuit, the bias capacitor and a certain selection of values ​​to ensure stability of sequential inverter circuit complicates and increases labor costs for the production of its individual elements leads to increased material capacity of the inverter as a whole. Все это приводит к снижению надежности работы инвертора, уменьшает эффективность использования оборудования. All this leads to a decrease in the reliability of the inverter reduces the efficiency of the equipment.

В основу изобретения положена задача создания схемы преобразователя постоянного тока в переменный с минимальными массогабаритными показателями, надежного в эксплуатации и позволяющего эффективно использовать оборудование. The invention is based on the object of creating circuit DC to AC inverter with minimal weight and size, reliable in operation and enables to use the equipment effectively.

Поставленная задача решается тем, что в преобразователе постоянного тока в переменный, содержащем подключенный через дроссель фильтра к входным выводам фильтровый конденсатор, соединенный одним концом с инвертирующим тиристорным мостом с обратными вентилями, в диагональ переменного тока которого включены последовательно коммутирующие конденсатор, дроссель и цепь нагрузки, а другим концом подключен к другому выводу инвертирующего тиристорного моста с обратными вентилями через нелинейный дроссель. This object is achieved in that the DC-DC converter to AC, comprising connected via throttle filter to the input terminals, the filter capacitor connected at one end to the inverting thyristor bridge with reverse valves, in which the AC diagonal connected in series commutating capacitor, choke and the load circuit, and the other end connected to the other terminal of the inverting thyristor bridge with feedback through a nonlinear throttle valves.

Включение нелинейного дросселя в диагональ постоянного тока между точкой подключения фильтрового конденсатора и точкой подключения инвертирующего тиристорного моста с обратными вентилями к входным выводам позволяет использовать эти два дросселя как в четных, так и в нечетных тактах работы схемы преобразователя. The inclusion of nonlinear choke in DC diagonal between the connection point of the filter capacitor and the connection point of the inverting thyristor bridge with feedback to the input terminals valves allows these two chokes in even and odd clock cycles in the inverter circuit. Эквивалентная индуктивность коммутирующего контура при различных тактах работы схемы будет одинаковой. An equivalent inductance of the switching circuit at various cycles of the circuit will be the same. Это позволяет полностью исключить несимметрию токов различных диагоналей инвертирующего моста, приводящую к уменьшению времени восстановления управляемости тиристоров. This completely eliminates the unbalance currents of different diagonals inverting bridge, resulting in loss of controllability of the recovery time of the thyristors. Время восстановления тиристоров не снизится ниже критических значений, амплитуда токов тиристоров и диодов не будет выше критического уровня. The recovery time of the thyristors will not fall below the critical values, the amplitude of the currents of the thyristors and the diodes will not be above the critical level. Устранение несимметрии в работе схемы преобразователя позволяет расширить частотный диапазон преобразователя. Removal of unbalance of the inverter circuit can expand the frequency range of the transducer. Режим несимметрии возможен вследствие неточного изготовления катушек индуктивностей, что приводит, в случае их включения в каждое плечо инвертирующего моста в режиме работы схемы на резонансный нагрузочный контур, к усилению гармоники тока инвертирующего моста, совпадающей по частоте с частотой тока в одной из диагоналей инвертора. mode is possible asymmetry due to inaccurate manufacture coils of inductance, which results in the case of inclusion in each arm of the bridge inverting circuit in operation at a resonant load circuit, a stronger current harmonics inverting axle, which coincides in frequency with the frequency of the current in one of the diagonals of the inverter. Устранение несимметрии токов различных диагоналей инвертирующего моста снижает возможность срыва инвертирования, что повышает надежность работы преобразователя и эффективность использования оборудования. Elimination of current unbalance of different diagonals inverting bridge reduces the possibility of failure of inversion, which improves the reliability of the converter and the efficiency of the equipment.

Применение одного нелинейного дросселя, включенного в диагональ постоянного тока, последовательно с фильтровым конденсатором заменяет четыре нелинейных дросселя, устанавливаемых в плечи вентильного и тиристорного моста (как в схемах по авт. св. N 1265955 и N 1304155). Applying a nonlinear inductor included in DC diagonal in series with the filter capacitor replaces four nonlinear throttle valve mounted in the shoulders and the thyristor bridge (as in the circuits of the authors. Binding. N 1,265,955 and N 1,304,155). Это позволяет упростить схему, уменьшить трудозатраты и материалоемкость при изготовлении. This allows you to simplify the scheme, to reduce labor costs and material consumption during production.

Применение нелинейного дросселя, включенного в цепь постоянного тока между точкой подключения фильтрового конденсатора и точкой подключения инвертирующего тиристорного моста с обратными вентилями к входным выводам, позволяет ограничить скорость нарастания прямого напряжения на тиристорах. Applying a nonlinear inductor included in the DC loop between the connection point of the filter capacitor and the connection point of the inverting thyristor bridge with return valves to the input terminals, to limit the rate of rise in the forward voltage of the thyristors. При включении тиристоров в первый момент времени практически все напряжение, действующее в образовавшемся контуре, прикладывается к нелинейному дросселю, поскольку его индуктивность в несколько раз превышает эквивалентную индуктивность коммутирующего контура. When the thyristors in a first time, almost all the stress acting in the formed circuit, is applied to a nonlinear throttle because its inductance is several times the equivalent inductance of the switching circuit. По мере перемагничивания сердечника напряжение на нелинейном дросселе уменьшается, причем скорость нарастания напряжения на тиристорах определяется скоростью спада напряжения на нелинейном дросселе, т. е. регулированием времени перемагничивания сердечника нелинейного дросселя можно задать требуемую скорость нарастания напряжения на тиристорах. As the core of magnetization reversal in the voltage non-linear inductor is reduced, and the rate of voltage rise on the thyristor determined by the rate of voltage decrease on the nonlinear throttle m. E. Adjusting the magnetization reversal time nonlinear inductor core can specify the desired rate of voltage rise on the thyristors.

При работе преобразователя в режиме непрерывного выходного тока тиристоры включаются в момент времени, когда ток противофазных обратных диодов еще не кончился. When the inverter output current in a continuous mode thyristors switched at time when the current antiphase wheeling diode has not yet ended. В этом случае скорость нарастания анодного тока тиристоров ограничивается нелинейным дросселем. In this case, the anode current limited rate of rise of the thyristors nonlinear inductor.

Кроме этого, включение нелинейного дросселя в цепь постоянного тока позволяет ограничить величину импульса тока сквозного разряда фильтрового конденсатора при одновременном отпирании противофазных тиристоров в момент срыва процесса инвертирования. In addition, the inclusion of non-linear inductor in the DC circuit to limit the magnitude of the pulse discharge current through the filter capacitor while unlocking antiphase thyristors at the time of failure inverting process. Амплитуда импульса тока сквозного разряда фильтрового конденсатора и скорость нарастания анодного тока на тиристорах определяется собственной индуктивностью обмотки нелинейного дросселя. The amplitude of the pulse discharge current through the filter capacitor and the rate of rise of anode current in the thyristors is determined by the nonlinear self inductance choke coil.

Включение нелинейного дросселя в диагональ постоянного тока между точкой подключения фильтрового конденсатора и точкой подключения инвертирующего тиристорного моста с обратными вентилями к входным выводам позволяет устранить возможность возникновения несимметрии токов инвертирующего моста, приводящей к уменьшению времени восстановления управляемости тиристоров и резкому увеличению амплитуды тока тиристора, ограничить скорость нарастания прямого напряжения на тиристорах и скорость нарастания анодного тока тиристоров в режиме н The inclusion of nonlinear throttle in diagonal DC between the connection point of the filter capacitor and the connection point of the inverting thyristor bridge with a check valve to the input terminals eliminates the possibility of current unbalance inverting bridge, resulting in a reduction in the recovery time of the thyristors controllability and a sharp increase of the thyristor current amplitude limit slew rate thyristor forward voltage and rate of the anode current rise of the thyristors in the n mode епрерывного выходного тока, а также ограничить величину импульса сквозного разряда фильтрового конденсатора через тиристоры в момент срыва процесса инвертирования. Continuous output current, and limit the amount of momentum through the discharge of the filter capacitor through the thyristor at the time of failure inverting process.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет создать схему преобразователя постоянного тока в переменный, обладающего минимальными массогабаритными показателями, повышенной надежностью и позволяющего эффективно использовать оборудование. Thus, the invention creates a DC-DC converter circuit into AC having minimal weight and size, improved reliability and allowing the use of equipment effectively.

На фиг. FIG. 1 представлена принципиальная электрическая схема преобразователя. 1 is a circuit diagram of the converter. На фиг. FIG. 2 изображена работа схемы преобразователя, когда нелинейный дроссель включен в цепь переменного тока последовательно с тиристором в каждом плече инвертирующего моста. 2 shows the operation of the converter circuit when the non-linear inductor is included in an alternating current circuit in series with the thyristor in each arm of an inverting bridge. На фиг. FIG. 3 показана работа схемы преобразователя, когда нелинейный дроссель включен в цепь постоянного тока последовательно с фильтровым конденсатором. 3 shows the operation of the inverter circuit when the non-linear inductor included in the DC loop in series with the filter capacitor. На фиг. FIG. 2 и 3 показана величина амплитуды тока, протекающего через тиристор, и время восстановления тиристоров. 2 and 3 show the amplitude of current value flowing through the thyristor and the recovery time of the thyristors. На фиг. FIG. 4 показано изменение выходной мощности в зависимости от частоты и указан диапазон частот, близких к резонансной частоте, где может возникнуть неконтролируемый участок изменения выходной мощности от P мах до (P мах - f), когда нелинейный дроссель с убывающей генри-амперной характеристикой при токе насыщения меньше номинального стоит последовательно с тиристором в каждом плече инвертирующего моста. 4 shows the variation of output power depending on the frequency and the specified frequency range close to the resonance frequency, where it may be uncontrolled section output changes from P max to (P max - f), when the non-linear choke with decreasing henry-voltage characteristic when the saturation current less than the nominal cost in series with a thyristor in each arm of an inverting bridge. На фиг. FIG. 5 изображена зависимость выходной мощности от частоты в случае, когда нелинейный дроссель с током насыщения меньше номинального тока включен в цепь постоянного тока. 5 shows the output power versus frequency in the case where a non-linear choke with a saturation current less than the rated current is included in the DC circuit. На фиг. FIG. 6 изображена временная диаграмма тока тиристора, где показано ограничение скорости нарастания тока, а на фиг. 6 is a timing chart of the thyristor current, which shows the restriction rate of current rise, and FIG. 7 показана диаграмма тока через тиристор для схемы (по авторскому свидетельству СССР N 1467716, МКИ H 02 M 7/523 от 26.01.87 г., опубл. 23.03.89 г. , бюл. N 11), где отсутствует ограничение скорости нарастания тока. 7 shows a diagram for the current through the thyristor circuit (Copyright certificate USSR N 1467716, IPC H 02 M 7/523 g of 01/26/87, publ. 23.03.89, at Bul. 11 N), where there is no constraint current rise rate . На фиг. FIG. 8 изображена генри-временная характеристика нелинейного дросселя при токах больше и меньше номинального значения. 8 shows henry-temporal characteristic of the nonlinear reactor at currents greater and less than the nominal value. На фиг. FIG. 9 изображена генри-временная характеристика нелинейного дросселя, включенного в цепь постоянного тока при работе преобразователя, при токах выше номинального значения. 9 shows henry-temporal characteristic of the nonlinear inductor included in the DC circuit during inverter operation, with currents higher than the nominal value. На фиг. FIG. 10 показано напряжение на нелинейном дросселе при перемагничивании при токах насыщения меньше номинального значения. 10 shows the voltage across the inductor when the nonlinear saturation magnetization reversal at currents below the rated value. На фиг. FIG. 11 показано напряжение на нелинейном дросселе, когда он выполнен с убывающей генри-амперной характеристикой в диапазоне токов, превышающих номинальное значение. 11 shows the voltage across the non-linear inductor, when it is made with a decreasing henry-voltage characteristic of a current range in excess of the nominal value. На фиг. FIG. 12 показано нарастание скорости напряжения на тиристорах, определяющееся тангенсом угла наклона, когда нелинейный дроссель включен в цепь постоянного тока и работает при токах меньше номинального значения. 12 shows the voltage rise speed thyristors, defines a slope when the nonlinear inductor included in the DC circuit and is operated at currents below the rated value. На фиг. FIG. 13 показано нарастание скорости напряжения на тиристоре, когда нелинейный дроссель включен в цепь постоянного тока и работает при токах больше номинального значения. 13 shows the voltage rise speed of a thyristor when a nonlinear inductor included in the DC circuit and is operated at currents greater than the rated value.

Преобразователь содержит инвертирующий мост на тиристорах 1-4 с обратными диодами 5-8, в диагональ переменного тока которого включены коммутирующие конденсатор 9, дроссель 10 и нагрузка 11. Параллельно мосту через нелинейный дроссель 12 включен фильтровый конденсатор 13, который соединен с входными выводами через фильтровый дроссель 14. The inverter bridge comprises an inverting thyristor 1-4 reverse diode 5-8, in which the diagonal AC included commutating capacitor 9, a throttle 10 and the load 11. In parallel bridge through a nonlinear inductor 12 is included, the filter capacitor 13 that is connected to the input terminals, the filter via the throttle 14.

Преобразователь работает следующим образом. The converter operates as follows. При подаче импульсов управления на тиристоры 1 и 4 ток протекает по контуру 13-1-9-10-11-4-12-13. When applying control pulses to the thyristors 1 and 4 the current flows along the contour 13-1-9-10-11-4-12-13. При включении тиристоров в первый момент времени все напряжение, действующее в образовавшемся контуре, прикладывается к нелинейному дросселю (фиг. 10), поскольку его индуктивность L в несколько раз больше, чем эквивалентная индуктивность коммутирующего конура, которая равна сумме собственных индуктивностей отмоток дросселей 10 и 12. По мере перемагничивания сердечника (фиг. 8) напряжение на нелинейном дросселе 12 уменьшается (фиг. 10), а напряжение на тиристорах 1, 4 плавно нарастает (фиг. 12). When the thyristors in the first time, all the stress acting in the formed circuit, is applied to the non-linear choke (FIG. 10) as its inductance L is several times greater than the equivalent inductance of the switching doghouse, which is the sum of its own inductances otmotok throttles 10 and 12 . as the core of magnetization reversal (Fig. 8) The voltage on the non-linear inductor 12 decreases (FIG. 10), and the voltage across the thyristors 1 and 4 increases smoothly (FIG. 12). Нелинейный дроссель выполняется в виде катушки индуктивности с сердечником из ферритовых колец с зазором. Non-linear choke is made as a coil inductor with a core of ferrite rings with clearance. Регулируя величину зазора, можно задать требуемую скорость нарастания прямого напряжения на тиристорах (фиг. 12). By adjusting the gap size, it is possible to set the required slew rate thyristor forward voltage (FIG. 12). После перемагничивания сердечника нелинейного дросселя 12 его индуктивность будет определяться собственной индуктивностью обмотки. After the magnetization reversal of the core nonlinear reactor 12, it will be determined by the inductance self-inductance coil.

В контуре протекает первая полуволна тока. first half-wave current flows in the circuit. По окончании тока тиристоров 1, 4 происходит обратное перемагничивание сердечника нелинейного дросселя, что вызывает плавное повышение уровня напряжения на тиристорах, который определяется суммой напряжения на фильтровом конденсаторе 13 и нелинейном дросселе 12. Напряжение на коммутирующем конденсаторе 9 становится больше, чем напряжение на фильтровом конденсаторе 13, которое включает обратные диоды 5 и 8. С этого момента протекает ток сброса излишней реактивной энергии, накопленной в дросселях 10 и 12 и коммутирующем конденсаторе 9 по контур At the end of the current of the thyristors 1 and 4 the reverse occurs reversal core nonlinear reactor, which causes a gradual increase in the voltage level on the thyristors, which is determined by the sum of the voltage across the filter capacitor 13 and a nonlinear inductor 12. The voltage on the commuting capacitor 9 becomes greater than the voltage on the filter capacitor 13 which includes inverse diodes 5 and 8. From this moment excessive discharge current flows reactive energy stored in the inductors 10 and capacitor 12 and switching circuit 9 у 13-12-8-11-10-9-5-13. in 13-12-8-11-10-9-5-13. В контуре протекает обратная полуволна тока, диоды 5 и 8 открыты. inverse half-wave current flows in the circuit, the diodes 5 and 8 are open. По окончании обратной полуволны тока сердечник нелинейного дросселя 12 снова перемагничивается. On the reverse current halfwave end core nonlinear reactor 12 again remagnetized.

В предлагаемой схеме ток насыщения нелинейного дросселя I нд значительно меньше тока тиристора I н (фиг 6). In the proposed scheme, the saturation current I lp nonlinear throttle significantly less thyristor current I n (Figure 6). Поэтому до насыщения нелинейного дросселя все напряжение прикладывается к нелинейному дросселю (фиг. 10), ограничивая скорость нарастания прямого напряжения на тиристорах dU т /dt (фиг. 12). Therefore, until the saturation of the nonlinear throttle all voltage is applied to the non-linear choke (FIG. 10), limiting the rate of rise of the forward voltage thyristor T dU / dt (Fig. 12). После насыщения нелинейного дросселя напряжение на дросселе будет определяться собственной индуктивностью обмотки (фиг. 10). After saturation voltage nonlinear throttle on the throttle will be determined by self-inductance coil (FIG. 10). Как видно на фиг. As seen in Fig. 12, напряжение на тиристорах плавно нарастает и скорость нарастания не превышает критического значения, что обеспечивает стабильность работы тиристоров, повышая срок их службы. 12, the voltage across the thyristors increases smoothly and slew rate does not exceed a critical value that ensures the stability of the thyristors, increasing their lifespan.

На фиг. FIG. 7 изображена работа схемы преобразователя когда нелинейный дроссель включен в цепь постоянного тока с убывающей генри-амперной характеристикой при токах насыщения выше номинального значения. 7 shows the operation of the converter circuit when the non-linear inductor included in the DC circuit with decreasing henry-voltage characteristic with saturation currents higher than the nominal value. Как видно их характеристик на фиг. As seen from the characteristics in FIG. 7 и 9, ток насыщения I нд нелинейного дросселя выше номинального значения тока нагрузки, при этом скорость нарастания тока и напряжения (фиг. 7 и 13) достаточно велика. 7 and 9, the saturation current I lp nonlinear throttle higher than the nominal load current, wherein the rate of rise of current and voltage (Fig. 7 and 13) is sufficiently large.

Проведем сравнительный анализ схемы с нелинейным дросселем с насыщением выше тока номинального и предлагаемой схемы. A comparative analysis of a nonlinear circuit inductor with saturation higher than the nominal current and proposed schema. Как видно из диаграммы фиг. As can be seen from the diagram of FIG. 7 и 9, при увеличении амплитуды тока выше I н происходит уменьшение индуктивности нелинейного дросселя именно в момент "пика" тока через тиристор. 7 and 9, by increasing the amplitude of the current I above n is decreased inductance nonlinear throttle at the moment of "peak" current through the thyristor. Момент времени начала насыщения, как видно из фиг. The start time of saturation, as seen from FIG. 7, значительно отстоит от начала нарастания напряжения на тиристоре и от начала прохождения тока через противофазный тиристор. 7, is spaced significantly from the start of voltage rise to the thyristor and the beginning of current flow through thyristor antiphase. Поэтому данный тип дросселя с током насыщения более I ном не может уменьшить ни dU т /dt, ни di т /dt через тиристор. Therefore, this type of reactor with a saturation current I nom can not reduce the audio t dU / dt, t audio di / dt through the thyristor.

Наша же схема, т.к. Our same scheme, as насыщение дросселя происходит значительно раньше при I= I нд и именно в момент начала прохождения тока через тиристор, позволяет ограничить как dU т /dt, так и di т /dt. inductor saturation occurs at a much earlier I = I LP and that at the start of passage of current through the thyristor to limit how t dU / dt, and di t / dt. Кроме того, включение в схему встречных диодов позволяет ограничить токи и напряжение на тиристорах за счет рекуперации излишней реактивной мощности в фильтровый конденсатор 13. Таким образом, предлагаемая схема не только ограничивает напряжение через тиристоры, но и снижает до допустимого значения dU т /dt и di/dt. In addition, inclusion of counter circuit diodes to limit current and voltage in the thyristors due to excessive regenerative reactive power, the filter capacitor 13. Therefore, the proposed scheme is not only limits the voltage across the thyristors, but also reduces the allowable value T dU / dt and di / dt.

По мере перемагничивания нелинейного дросселя (фиг. 11) напряжение на нем падает, при этом скорость нарастания напряжения на тиристорах (фиг. 13) высокая и имеет угол наклона близкий к 90 o (или tg = ∞). As the magnetization reversal of the nonlinear reactor (FIG. 11) the voltage across it drops, the rate of voltage rise on the thyristors (Fig. 13) is high and has an inclination angle close to 90 o (or tg = ∞). Напряжение почти мгновенно прикладывается к тиристору, что приводит к уменьшению его срока службы и выходу из строя. Stress almost instantly applied to the thyristor, which leads to a reduction of its service life and failure.

Во втором такте, когда открываются тиристоры 2 и 3, ток протекает по контуру 13-2-11-10-9-3-12-13. In the second cycle, when opened thyristors 2 and 3, the current flows along the contour 13-2-11-10-9-3-12-13. Далее ток через тиристоры прекращается, отпираются диоды 6, 7 и ток начинает протекать по контуру 13-12-7-9-10-11-6-13. Next, the current through the thyristors ceases unlocked diodes 6, 7, and current begins to flow through the circuit 13-12-7-9-10-11-6-13. По окончании тока диодов 6 и 7 имеет место интервал бестоковой паузы, затем включаются тиристоры 1, 4 и процесс повторяется. Upon termination of current diodes 6 and 7 have the dead time interval, then switched thyristors 1 and 4 and the process repeats. Далее схема работает аналогично описанному. Further, the circuit operates in a similar manner. За два такта работы формируется полный период выходного тока. For two stroke operation is formed between full output current.

Выключение нелинейного дросселя 12 в цепь постоянного тока между точкой подключения фильтрового конденсатора и точкой подключения инвертирующего тиристорного моста с обратными вентилями к входным выводам позволяет устранить возникновение несимметрии токов инвертирующего моста, приводящей к срыву процесса инвертирования и выходу из строя тиристоров. Shutting nonlinear throttle 12 in the DC circuit between the connection point of the filter capacitor and the connection point of the inverting thyristor bridge with return valves to the input terminals eliminates current unbalance occurrence of an inverting bridge, resulting in disruption of the process of inverting and failure of the thyristors. На фиг. FIG. 2 изображена работа схемы, когда нелинейный дроссель включен последовательно с тиристорами в каждое плечо инвертирующего моста (как у прототипа). 2 shows the operation of the circuit when a non-linear inductor in series with the thyristors in each arm of the inverting axle (as in the prototype). Суммарная индуктивность двух тактов работы инвертора, когда формируется полный период выходного тока, будет различной, т.к. The total inductance of the two bars of the inverter, formed when the total period of the output current will be different, because в первом такте работает одна пара тиристоров со своими нелинейными дросселями, а во втором такте работает другая пара тиристоров с другими нелинейными дросселями. in the first cycle has one pair of thyristors with their non-linear choke, and in the second cycle works the other pair of thyristors with other nonlinear chokes. Из-за невозможности точного изготовления катушек эквивалентная индуктивность коммутирующего контура будет различной в противофазных тактах работы схемы. Due to the impossibility of precise manufacturing coil equivalent inductance of the switching circuit will vary in antiphase clock cycles of the circuit. Как показано на фиг. As shown in FIG. 2, это приведет к тому, что амплитуда тока I та , протекающего через тиристор и диод, будет изменяться от такта к такту и может превысить критическое значение. 2, this will lead to what is the amplitude of the current I flowing through the thyristor and diode, will vary from cycle to clock cycle and can exceed the critical value. При этом время восстановления управляемости тиристоров t вy будет также различным в различных тактах работы схемы и его значения могут быть ниже критического показания, что приведет к срыву процесса инвертирования, или превысить критическое значение, что приведет к пробою тиристоров и выходу их из строя. In this thyristor recovery time controllability in Y t will also be different in different cycles of the circuit and its value may be below the critical indications that will lead to failure of inverting process or exceed the critical value, which will lead to a breakdown of the thyristors and their failure. На фиг. FIG. 3 показана работа схемы, когда нелинейный дроссель включен между точкой подключения фильтрового конденсатора и точкой подключения инвертирующего тиристорного моста с обратными вентилями к входным выводам. 3 shows the operation of the circuit when a non-linear inductor is connected between the connection point of the filter capacitor and the connection point of the inverting thyristor bridge with return valves to the input terminals. Суммарная индуктивность коммутирующего контура, определяемая нелинейным дросселем 12 и коммутирующим дросселем 10, делает эти дроссели общими для контуров 13-1-9-10-11-4-12-13 и 13- 12-8-11-10-9-5-13 первого такта и 13-2-11-10-9-3-12-13 и 13-12-7-9-10-11- 6-13 второго такта работы схемы преобразователя. The total inductance of the switching circuit, determined by nonlinear inductor 12 and commutating reactor 10 makes these chokes common circuits 13-1-9-10-11-4-12-13 and 13- 12-8-11-10-9-5- 13 and 13-2-11-10-9-3-12-13 first bar and the second bar 13-12-7-9-10-11- 6-13 inverter circuit. Амплитуда тока тиристора I та будет оставаться постоянной в различных тактах работы схемы и не будет превышать критического значения. The amplitude of the thyristor current I that will remain constant in the different cycles of the circuit and will not exceed the critical value. При этом время восстановления управляемости тиристоров будет постоянным и достаточным и не будет ниже критического значения. In this case the recovery of control thyristors will be constant and sufficient, and will not be below the critical value. На фиг. FIG. 4 изображена зависимость выходной мощности преобразователя P вых от частоты. 4 shows the dependence of output power P O of the inverter frequency. Зона частот (fp-Δf)-(fp+Δf) c выходной мощностью P вых = [P max -ΔP]-P max является наиболее благоприятной и эффективной областью работы элементов схемы преобразователя. Zone frequency (fp-Δf) - (fp + Δf) c output power P O = [P max -ΔP] -P max is the most favorable and effective area of operation of the elements of the converter circuit. У прототипа (авт. св. N 1304155) в данной зоне может возникнуть неконтролируемый участок, где из-за несимметрии может произойти сбой в работе схемы и выход из строя тиристоров. In the prototype (auth. Binding. N 1,304,155) in a given zone may be uncontrolled portion where due to asymmetry may fail in operation of the circuit and failure of the thyristors. В заявляемой схеме преобразователя на всем диапазоне частот от 0 до f ном выходная мощность остается регулируемой, что позволяет работать в оптимальном режиме (фиг. 5). The inventive converter circuit on the entire frequency range from 0 to f nom output is adjustable, which allows to work in an optimum mode (FIG. 5). В заявленной схеме преобразователя показатель, равный отношению выходной мощности к массе преобразователя, будет выше по сравнению с прототипом, т.е. The inverter circuit claimed index equal to the ratio of output power to drive the mass to be higher as compared with the prior art, i.e., предлагаемая схема позволяет максимально эффективно использовать оборудование. the proposed scheme allows the best use of the equipment.

При работе преобразователя в режиме непрерывного выходного тока тиристоры включаются в момент времени, когда ток противофазных обратных вентилей диодов еще не кончился, а скорость нарастания анодного тока тиристоров ограничивается нелинейным дросселем насыщения, например при открытии тиристоров 1 и 4 ток протекает по контурам 13-1-7-12-13 и 13-6-4-12-1 и скорость его нарастания определяется собственной индуктивностью обмотки нелинейного дросселя 12. When the inverter mode continuous output thyristors included in the current time when the antiphase current return valves diodes have not ended, and the anode current slew rate limited thyristors nonlinear saturation throttle, for example when opening the thyristors 1 and 4 the current flows along the contours 13-1- 12/07/13 and 13-6-4-12-1 and its rate of increase is determined by the nonlinear self inductance coil inductor 12.

Кроме того, включение нелинейного дросселя 12 в цепь постоянного тока между точкой подключения фильтрового конденсатора и точкой подключения инвертирующего тиристорного моста с обратными вентилями к входным выводам позволяет ограничить величину импульса тока сквозного разряда фильтрового конденсатора 13 при одновременном отпирании противофазных тиристоров 1, 3 или 2, 4 в момент срыва процесса инвертирования. In addition, the inclusion of non-linear inductor 12 in circuit DC between the connection point of the filter capacitor and the connection point of the inverting thyristor bridge with a check valve to the input terminals to limit the magnitude of the current pulse through the discharge of the filter capacitor 13 while unlocking antiphase SCRs 1, 3 or 2, 4 at the time of failure of inversion process. Ток разряда фильтрового конденсатора 13 протекает по контуру 13-1-3-12-13 или 13-2-4-12-13. The discharge current of the filter capacitor 13 flows through the circuit or 13-1-3-12-13 13-2-4-12-13. Амплитуда импульса тока сквозного разряда фильтрового конденсатора 13 в данной схеме обратно пропорциональна величине суммарной собственной индуктивности обмотки нелинейного дросселя и прямо пропорциональна величине емкости фильтрового конденсатора 13. Таким образом, нелинейный дроссель позволяет максимально снизить амплитуду импульса тока сквозного разряда фильтрового конденсатора 13 через тиристоры и ограничить скорость его нарастания. The amplitude of the pulse discharge current through the filter capacitor 13 in this circuit is inversely proportional to the total self-inductance of the winding of the nonlinear reactor and directly proportional to the filter capacitor 13. Thus, non-linear inductor allows to minimize the amplitude of the pulse discharge current through the filter capacitor 13 through the thyristors and the speed limit its rise.

Включение нелинейного дросселя в цепь постоянного тока между точкой подключения фильтрового конденсатора и точкой подключения инвертирующего тиристорного моста с обратными вентилями оказывается весьма полезным и позволяет обеспечить стабильные условия работы преобразователя как в стационарных режимах, так и при срыве процесса инвертирования с достаточной степенью надежности при минимальных массогабаритных показателях. The inclusion of nonlinear inductor in circuit DC between the connection point of the filter capacitor and the connection point of the inverting thyristor bridge with reverse valves is very useful and allows to provide a stable inverter operation conditions both in the stationary mode and at failure inverting process reliably with minimum weight and size indicators .

Данная схема нашла практическое применение в тиристорных преобразователях частоты для индукционного нагрева металла и закалки. This scheme has found practical application in the thyristor frequency inverters for induction heating of the metal and quenching. Внедрено более пятидесяти таких установок на машиностроительных и металлургических производствах России и ближнего зарубежья. It introduced more than fifty such units at engineering and metallurgical industries of Russia and CIS.

Claims (1)

  1. Преобразователь постоянного тока в переменный, содержащий подключенные через дроссель фильтра к входным выводам фильтровый конденсатор, соединенный одним концом с одним выводом инвертирующего тиристорного моста с обратными вентилями, в диагональ переменного тока которого включены последовательно соединенные коммутирующие конденсатор, дроссель и цепь нагрузки, а также преобразователь постоянного тока в переменный содержит нелинейный дроссель, отличающийся тем, что инвертирующий тиристорный мост с обратными вентилями соединен друг DC converter to AC having connected through a choke filter to the input terminals, the filter capacitor connected at one end to one terminal of the inverting thyristor bridge with the check valve in the diagonal AC which are included serially connected commutating capacitor, choke and the load circuit, and inverter DC AC, comprises a non-linear inductor, characterized in that the inverting thyristor bridge with reverse valves connected to each им выводом с другим концом фильтрового конденсатора через нелинейный дроссель таким образом, что нелинейный дроссель включен в диагональ постоянного тока последовательно с фильтровым конденсатором. output them to the other end of the filter capacitor through a nonlinear reactor so that the non-linear inductor included in DC diagonal in series with the filter capacitor.
RU99118705/09A 1999-08-26 1999-08-26 Dc-to-ac converter RU2167485C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99118705/09A RU2167485C2 (en) 1999-08-26 1999-08-26 Dc-to-ac converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99118705/09A RU2167485C2 (en) 1999-08-26 1999-08-26 Dc-to-ac converter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2167485C2 true RU2167485C2 (en) 2001-05-20

Family

ID=20224447

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99118705/09A RU2167485C2 (en) 1999-08-26 1999-08-26 Dc-to-ac converter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2167485C2 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6893751B2 (en) 2001-03-02 2005-05-17 James Hardie Research Pty Limited Composite product
US7658794B2 (en) 2000-03-14 2010-02-09 James Hardie Technology Limited Fiber cement building materials with low density additives
US7993570B2 (en) 2002-10-07 2011-08-09 James Hardie Technology Limited Durable medium-density fibre cement composite
US7998571B2 (en) 2004-07-09 2011-08-16 James Hardie Technology Limited Composite cement article incorporating a powder coating and methods of making same
US8209927B2 (en) 2007-12-20 2012-07-03 James Hardie Technology Limited Structural fiber cement building materials
RU2518525C2 (en) * 2008-06-06 2014-06-10 Конинклейке Филипс Электроникс, Н.В. Led lamp driver and method
US8993462B2 (en) 2006-04-12 2015-03-31 James Hardie Technology Limited Surface sealed reinforced building element

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8182606B2 (en) 2000-03-14 2012-05-22 James Hardie Technology Limited Fiber cement building materials with low density additives
US7658794B2 (en) 2000-03-14 2010-02-09 James Hardie Technology Limited Fiber cement building materials with low density additives
US8603239B2 (en) 2000-03-14 2013-12-10 James Hardie Technology Limited Fiber cement building materials with low density additives
US7727329B2 (en) 2000-03-14 2010-06-01 James Hardie Technology Limited Fiber cement building materials with low density additives
US6893751B2 (en) 2001-03-02 2005-05-17 James Hardie Research Pty Limited Composite product
US7704316B2 (en) 2001-03-02 2010-04-27 James Hardie Technology Limited Coatings for building products and methods of making same
US7993570B2 (en) 2002-10-07 2011-08-09 James Hardie Technology Limited Durable medium-density fibre cement composite
US7998571B2 (en) 2004-07-09 2011-08-16 James Hardie Technology Limited Composite cement article incorporating a powder coating and methods of making same
US8993462B2 (en) 2006-04-12 2015-03-31 James Hardie Technology Limited Surface sealed reinforced building element
US8209927B2 (en) 2007-12-20 2012-07-03 James Hardie Technology Limited Structural fiber cement building materials
RU2518525C2 (en) * 2008-06-06 2014-06-10 Конинклейке Филипс Электроникс, Н.В. Led lamp driver and method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
De Doncker et al. The auxiliary resonant commutated pole converter
Redl et al. Optimum ZVS full-bridge dc/dc converter with PWM phase-shift control: analysis, design considerations, and experimental results
De Doncker et al. The auxiliary quasi-resonant DC link inverter
Ruan et al. Soft-switching PWM three-level converters
JP3037415B2 (en) Method of controlling a power converter using the auxiliary resonant commutation circuit
JP4824524B2 (en) Unidirectional DC-DC converter and control method thereof
CA1144599A (en) Static inverter employing an assymetrically energized inductor
US7596007B2 (en) Multiphase DC to DC converter
KR100511583B1 (en) Control of inductive power transfer pickups
JP2636918B2 (en) Quasi-resonant current mode static power conversion method and apparatus
US8929114B2 (en) Three-level active neutral point clamped zero voltage switching converter
CA1295668C (en) Power converter device having starting circuits, and a method for startingthe power converter device
US6507503B2 (en) Apparatus and a method for voltage conversion
US6603675B1 (en) Apparatus and a method for voltage conversion
JP2559033Y2 (en) Ballasts for gas discharge lamps
US5231563A (en) Square wave converter having an improved zero voltage switching operation
CN1182647C (en) Soft switching full bridge circuit converter
JP3711245B2 (en) Having a non-linear inductor, dc / dc converter for a fuel cell
EP0474471B1 (en) Fixed frequency single ended forward converter switching at zero voltage
EP0881759B1 (en) Sub-resonant series resonant converter having improved form factor and reduced emi
Noon UC3855A/B high performance power factor preregulator
Cheng Zero-current-switching switched-capacitor converters
CA2217121C (en) Resonant switching power supply circuit
Krishnan et al. Design of a single-switch-per-phase converter for switched reluctance motor drives
KR100519440B1 (en) Phase staggered full-bridge converter with soft-pwm swiching

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20060827

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20081220

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090827