RU2210848C2

RU2210848C2 - Inverter

Info

Publication number: RU2210848C2
Application number: RU2001119715/09A
Authority: RU
Inventors: Е.М. Силкин; М.Е. Силкин
Original assignee: Акционерное общество открытого типа ЭЛСИ
Priority date: 2001-07-16
Filing date: 2001-07-16
Publication date: 2003-08-20

Abstract

FIELD: converter engineering; inductive heater power supplies. SUBSTANCE: inverter has single-phase bridge built around transistors shorted out by opposing diodes and capacitors, and filter capacitor. Input leads of single-phase bridge are connected to input leads of inverter through filter choke coil. Output leads of inverter are shorted out by capacitor. Connected in series with filter capacitor are diode shorted out by varistor and second filter capacitor. Interconnected capacitor filter, diode, and second capacitor filter short out input leads of single-phase bridge. Negative input lead of inverter is connected through circuit set up of series-connected choke and second diode to anode of first diode whose cathode is connected to positive input lead of inverter through second circuit set up of series-connected third diode and second choke. EFFECT: enhanced operating reliability of inverter. 1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника питания для индукционного нагревателя. The invention relates to a conversion technique and can be used as a power source for an induction heater.

Известен инвертор, содержащий подключенный к входным выводам однофазный мост на транзисторах, зашунтированных встречными диодами, выходные выводы которого соединены с выходными выводами инвертора, конденсатор фильтра, шунтирующий входные выводы (Исследование системы аккумулятор - повышающий напряжение преобразователь - регулируемый электропривод /Л.А. Шпинглер и др. //Электротехника. - 1998. - N 10. - С. 12-15). A known inverter containing a single-phase bridge connected to the input terminals by transistors shunted by counter diodes, the output terminals of which are connected to the output terminals of the inverter, a filter capacitor, shunts the input terminals (Battery system study - voltage increasing converter - adjustable electric drive / L.A. Shplingler and dr. // Electrical Engineering. - 1998. - N 10. - S. 12-15).

Недостатком инвертора является низкая надежность работы из-за высоких значений действующих токов, протекающих через транзисторы и диоды, для инвертора на заданную мощность при питании им индукционного нагревателя, имеющего низкий коэффициент мощности. The disadvantage of the inverter is the low reliability due to the high values of the currents flowing through the transistors and diodes for the inverter to a given power when it is powered by an induction heater having a low power factor.

Известен инвертор, содержапий подключенный к входным выводам однофазный мост на транзисторах, выходные выводы которого соединены с выходными выводами инвертора и зашунтированы конденсатором (патент России 2155433, МКИ Н 02 М 5/451. Преобразователь частоты. /Силкин Е.М. - Заявл. 13.04.1999, опубл. 27.08.2000. - Бюл. N 24). Known inverter, containing connected to the input terminals of a single-phase bridge on transistors, the output terminals of which are connected to the output terminals of the inverter and shunted by a capacitor (Russian patent 2155433, MKI N 02 M 5/451. Frequency converter. / Silkin EM - Application. 13.04 .1999, publ. 27.08.2000. - Bull. N 24).

Недостатком инвертора является низкая надежность работы из-за высоких уровней перенапряжений на транзисторах при коммутациях. The disadvantage of the inverter is its low reliability due to high levels of overvoltage on transistors during switching.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является инвертор (патент России 2159497, МКИ Н 02 М 5/44. Способ управления преобразователем частоты. /Силкин Е.М. - Заявл. 13.04.1999, опубл. 20.11.2000. - Бюл. N 32), который и рассматривается в качестве прототипа. The closest in technical essence to the invention is an inverter (Russian patent 2159497, MKI N 02 M 5/44. A method of controlling a frequency converter. / Silkin EM - Application. 04/13/1999, publ. 11/20/2000. - Bull. N 32), which is considered as a prototype.

Прототип содержит однофазный мост на транзисторах, зашунтированных встречными диодами и конденсаторами, входные выводы однофазного моста подключены к входным выводам инвертора, а выходные выводы соединены с выходными выводами инвертора, конденсатор фильтра, входные выводы зашунтированы конденсатором фильтра. The prototype contains a single-phase bridge on transistors shunted by counter diodes and capacitors, the input terminals of the single-phase bridge are connected to the input terminals of the inverter, and the output terminals are connected to the output terminals of the inverter, the filter capacitor, the input terminals are shunted by the filter capacitor.

Недостатком прототипа является низкая надежность работы из-за высоких значений действующих токов, протекающих через транзисторы и диоды, для инвертора на заданную мощность при питании им индукционного нагревателя, имеющего низкий коэффициент мощности. The disadvantage of the prototype is the low reliability due to the high values of the currents flowing through the transistors and diodes for the inverter to a given power when it is powered by an induction heater having a low power factor.

Изобретение направлено на решение задачи повышения надежности работы инвертора, что является целью изобретения. The invention is aimed at solving the problem of improving the reliability of the inverter, which is the purpose of the invention.

Указанная цель достигается тем, что в инверторе, содержащем однофазный мост на транзисторах, зашунтированных встречными диодами и конденсаторами, выходные выводы которого соединены с выходными выводами инвертора, конденсатор фильтра, входные выводы однофазного моста подключены к входным выводам инвертора через дроссели фильтра, выходные выводы инвертора зашунтированы конденсатором, последовательно с конденсатором фильтра включены диод, зашунтированный варистором, и второй конденсатор фильтра, соединение конденсатора фильтра, диода и второго конденсатора фильтра шунтирует входные выводы однофазного моста, отрицательный входной вывод инвертора через последовательную цепь, содержащую дроссель и второй диод, соединен с анодом диода, катод диода соединен с положительным входным выводом инвертора через вторую последовательную цепь, содержащую третий диод и второй дроссель. This goal is achieved by the fact that in an inverter containing a single-phase bridge on transistors shunted by counter diodes and capacitors, the output pins of which are connected to the output pins of the inverter, the filter capacitor, the input pins of the single-phase bridge are connected to the input pins of the inverter via filter chokes, the output pins of the inverter are bridged a capacitor, a diode shunted by a varistor and a second filter capacitor, a connection of a filter capacitor, a diode are connected in series with the filter capacitor and a second filter capacitor shunts the input terminals of single-phase bridge, the negative input terminal of the inverter via a series circuit comprising a choke and a second diode connected to the anode of the diode, the diode cathode connected to the positive input terminal of the inverter through a second series circuit comprising a third diode and a second choke.

Существенным отличием, характеризующим изобретение, является повышение надежности работы инвертора на индукционный нагреватель, имеющий низкий коэффициент мощности, за счет обеспечения условий, при которых снижается обмен реактивной мощностью между элементами инвертора через транзисторы и диоды, вызывающий возрастание их токовой загрузки. A significant difference that characterizes the invention is to increase the reliability of the inverter to an induction heater having a low power factor, by ensuring conditions under which the exchange of reactive power between the inverter elements through transistors and diodes decreases, causing an increase in their current load.

Повышение надежности работы инвертора на индукционный нагреватель является полученным техническим результатом, обусловленным введением новых элементов и связей, т.е. отличительными признаками. Таким образом, отличительные признаки заявляемого инвертора являются существенными. Improving the reliability of the inverter to an induction heater is a technical result due to the introduction of new elements and connections, i.e. distinguishing features. Thus, the distinguishing features of the claimed inverter are essential.

На чертеже приведена схема инвертора. The drawing shows an inverter circuit.

Инвертор содержит однофазный мост на четырех транзисторах 1-4, зашунтированных встречными диодами 5-8 и конденсаторами 9-12, конденсатор фильтра 13, входные выводы однофазного моста подключены к входным выводам инвертора через дроссели фильтра 14, 15, выходные выводы инвертора 16 зашунтированы конденсатором 17, последовательно с конденсатором фильтра включены диод 18, зашунтированный вариатором 19, и второй конденсатор фильтра 20, соединение конденсатора фильтра, диода и второго конденсатора фильтра шунтирует входные выводы однофазного моста, отрицательный входной вывод инвертора через последовательную цепь, содержащую дроссель 21 и второй диод 22, соединен с анодом диода, катод диода соединен с положительным входным выводом инвертора через вторую последовательную цепь, содержащую третий диод 23 и второй дроссель 24. The inverter contains a single-phase bridge on four transistors 1-4, shunted by oncoming diodes 5-8 and capacitors 9-12, a filter capacitor 13, the input terminals of the single-phase bridge are connected to the input terminals of the inverter through the filter chokes 14, 15, the output terminals of the inverter 16 are bridged by the capacitor 17 , in series with the filter capacitor, a diode 18 shunted by the variator 19 is connected, and a second filter capacitor 20, a connection of the filter capacitor, a diode and a second filter capacitor shunts the input terminals of a single-phase bridge, neg The negative input terminal of the inverter through the serial circuit containing the inductor 21 and the second diode 22 is connected to the anode of the diode, the cathode of the diode is connected to the positive input terminal of the inverter through the second serial circuit containing the third diode 23 and the second inductor 24.

Инвертор работает следующим образом. Транзисторы диагоналей моста инвертора 1, 4 и 2, 3 включаются поочередно с частотой, равной собственной частоте нагрузочного контура, образованного индукционным нагревателем 16 и конденсатором 17. Включение очередных транзисторов диагоналей 1, 4 или 2, 3 производится при нулевом уровне напряжения на нагрузочном контуре 16, 17. При работе транзисторов 1, 4 ток протекает по цепи: 1 - (16, 17) - 4 - 15 - "-" - "+" - 14 - 1. При работе транзисторов 2, 3 ток (через нагрузочный контур 16, 17) протекает в противоположном направлении по цепи: 3 - (16, 17) - 2 - 15 - "-" - "+" - 14 - 3. Индуктивности дросселей фильтра 14, 15 и дросселей 21, 24 выбираются из условия обеспечения полной сглаженности протекающего через них тока. В интервалах коммутации транзисторов одной диагонали 1, 4 (2, 3) на транзисторы другой диагонали 2, 3 (1, 4) входной ток инвертора замыкается через конденсаторы 9, 12 или 11, 10. При заряде конденсаторов 9-12 ограничивается уровень коммутационных перенапряжений на транзисторах 1-4. До начала интервала коммутации все конденсаторы 9-12 разряжены, так как коммутация осуществляется при нулевом уровне напряжения на нагрузочном контуре 16, 17. Ограничение уровня напряжения на инверторном мосту (удвоенное напряжение питания инвертора) осуществляется цепью из конденсатора фильтра 13, диода 18 и второго конденсатора фильтра 20. Диод 18 препятствует прямому разряду конденсаторов фильтра 13, 20 через транзисторы 1-4 на конденсатор 17 нагрузочного контура (16, 17). Варистор 19 ограничивает коммутационные перенапряжения на диоде 18. Энергия, накопленная конденсаторами фильтра 13, 20 в интервалах коммутации, потребляется в нагрузочном контуре 16, 17 при разряде конденсаторов фильтра 13, 20 по цепям: 13 - 1(3) - (16, 17) - 4(2) - 15 - 21 - 22 - 13 и 20 - 23 - 24 - 14 - 1(3) - (16, 17) - 4(2) - 20 соответственно. The inverter operates as follows. The transistors of the diagonals of the inverter bridge 1, 4 and 2, 3 are switched on alternately with a frequency equal to the natural frequency of the load circuit formed by the induction heater 16 and the capacitor 17. The next transistors of the diagonals 1, 4 or 2, 3 are turned on at a zero voltage level on the load circuit 16 , 17. During operation of transistors 1, 4, current flows through the circuit: 1 - (16, 17) - 4 - 15 - "-" - "+" - 14 - 1. During operation of transistors 2, 3, current (through load circuit 16 , 17) flows in the opposite direction along the chain: 3 - (16, 17) - 2 - 15 - "-" - "+" - 14 - 3. Inductances Rosell filter 14, 15 and chokes 21, 24 are selected from the condition of full smoothness current flowing through them. In the switching intervals of transistors of one diagonal 1, 4 (2, 3) to transistors of another diagonal 2, 3 (1, 4), the inverter input current is closed through capacitors 9, 12 or 11, 10. When charging capacitors 9-12, the level of switching overvoltage is limited on transistors 1-4. Before the start of the switching interval, all capacitors 9-12 are discharged, since switching is carried out at a zero voltage level on the load circuit 16, 17. The voltage level on the inverter bridge (twice the inverter supply voltage) is limited by a circuit from the filter capacitor 13, diode 18, and the second capacitor filter 20. The diode 18 prevents the direct discharge of the filter capacitors 13, 20 through transistors 1-4 to the capacitor 17 of the load circuit (16, 17). Varistor 19 limits the switching overvoltage on the diode 18. The energy accumulated by the filter capacitors 13, 20 in the switching intervals is consumed in the load circuit 16, 17 when the filter capacitors 13, 20 are discharged along the circuits: 13 - 1 (3) - (16, 17) - 4 (2) - 15 - 21 - 22 - 13 and 20 - 23 - 24 - 14 - 1 (3) - (16, 17) - 4 (2) - 20, respectively.

По сравнению с прототипом существенно повышается надежность работы инвертора за счет уменьшения уровней действующих токов через транзисторы. При выполнении инверторов на равные мощности (при питании индукционного нагревателя) действующее значение тока через транзисторы в заявляемом инверторе может быть меньше более чем в 5 раз за счет уменьшения уровня реактивной мощности, потребляемой индукционным нагревателем и проходящей через транзисторы. В заявляемом инверторе в номинальном режиме работы через встречные диоды ток не протекает, следовательно, отсутствует рекуперируемая в конденсатор фильтра энергия. Повышается надежность работы инвертора и за счет снижения коммутационных потерь в транзисторах и диодах. Compared with the prototype, the reliability of the inverter increases significantly due to a decrease in the levels of currents through transistors. When running inverters at equal powers (when feeding an induction heater), the effective value of the current through the transistors in the inventive inverter can be less than 5 times less by reducing the level of reactive power consumed by the induction heater and passing through the transistors. In the claimed inverter in the nominal mode of operation, no current flows through the counter diodes, therefore, there is no energy recuperated into the filter capacitor. Increases the reliability of the inverter and by reducing switching losses in transistors and diodes.

По сравнению с прототипом увеличивается коэффициент полезного действия инвертора за счет уменьшения потерь в элементах схемы при более низких действующих токах и увеличения уровня напряжения на нагрузке. Compared with the prototype, the efficiency of the inverter increases by reducing losses in the circuit elements at lower currents and increasing the voltage level at the load.

По сравнению с прототипом уменьшается стоимость элементов инвертора за счет возможности использования элементов (транзисторов, диодов и др.) на меньшие допустимые токи. Compared with the prototype, the cost of the inverter elements is reduced due to the possibility of using elements (transistors, diodes, etc.) for lower permissible currents.

Claims

An inverter containing a single-phase bridge on transistors shunted by oncoming diodes and capacitors, the output terminals of which are connected to the output terminals of the inverter, a filter capacitor, characterized in that the input terminals of the single-phase bridge are connected to the input terminals of the inverter via filter inductors, the output terminals of the inverter are shunted by the capacitor, in series with the filter capacitor included a diode shunted by a varistor and a second filter capacitor, a connection of the filter capacitor, a diode and a second Satoru bypasses the filter input terminals of single-phase bridge, the negative input terminal of the inverter via a series circuit comprising a choke and a second diode connected to the anode of the diode, the diode cathode connected to the positive input terminal of the inverter through a second series circuit comprising a third diode and a second choke.