RU2210852C1 - Single-phase bridge-type transistor inverter with inverse diode bridge - Google Patents
Single-phase bridge-type transistor inverter with inverse diode bridge Download PDFInfo
- Publication number
- RU2210852C1 RU2210852C1 RU2002103692/09A RU2002103692A RU2210852C1 RU 2210852 C1 RU2210852 C1 RU 2210852C1 RU 2002103692/09 A RU2002103692/09 A RU 2002103692/09A RU 2002103692 A RU2002103692 A RU 2002103692A RU 2210852 C1 RU2210852 C1 RU 2210852C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bridge
- inverter
- power
- capacitor
- winding
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области электротехники, а именно к однофазным мостовым инверторам на транзисторах. Однофазные инверторы широко применяются в различных вторичных источниках питания в диапазоне мощностей от десятков ватт (бытовая видео и аудио аппаратура) до нескольких киловатт (электросварочные аппараты инверторного типа, небольшие плазмотроны и т. д). The present invention relates to the field of electrical engineering, namely to single-phase bridge inverters with transistors. Single-phase inverters are widely used in various secondary power sources in the power range from tens of watts (household video and audio equipment) to several kilowatts (inverter-type electric welding machines, small plasma torches, etc.).
Известны однофазные мостовые инверторы, содержащие транзисторный мост из четырех силовых транзисторов, подключенный диагональю постоянного тока к источнику питания, а диагональю переменного тока - к нагрузке. Источник питания обычно представляет собой сетевой диодный или диодно-тиристорный мостовой выпрямитель с фильтровым конденсатором на выходе, а нагрузка содержит силовой согласующий трансформатор, вторичная обмотка которого через диодный выпрямитель и сглаживающий дроссель подключена к собственно нагрузке. Для возврата реактивной мощности транзисторный мост шунтируется обратным диодным мостом (см. стр.317, рис.29.5 в кн. В.А.Прянишников. Электроника. С. -Петербург "Корона-Принт", 1998 г., 400 с., Источники вторичного электропитания. Под ред. Ю.И.Конева. М.: Радио и связь, 1983). Known single-phase bridge inverters containing a transistor bridge of four power transistors connected by a diagonal of direct current to the power source, and by a diagonal of alternating current to the load. The power source is usually a network diode or diode-thyristor bridge rectifier with a filter capacitor at the output, and the load contains a power matching transformer, the secondary winding of which is connected to the load itself through a diode rectifier and a smoothing inductor. To return reactive power, the transistor bridge is shunted by a reverse diode bridge (see p. 317, Fig. 29.5 in the book by V. A. Pryanishnikov. Electronics. St. Petersburg "Crown Print", 1998, 400 pp., Sources secondary power supply. Edited by Yu.I. Konev. M: Radio and communications, 1983).
Высокая частота на выходе инвертора позволяет резко уменьшить габариты силового согласующего трансформатора. Современные фирмы-производители источников питания инверторного типа доводят частоту инверторов до 100 кГц [3] (см. "Transpoket" - Австрия, Каталог 1995-6 г.г., "DC200 А1 - Технотрон" - Россия, "Invertec V-130-S" - Linkoln - США). The high frequency at the inverter output can dramatically reduce the dimensions of the power matching transformer. Modern manufacturers of inverter-type power supplies bring the frequency of inverters to 100 kHz [3] (see "Transpoket" - Austria, Catalog 1995-6, "DC200 A1 - Technotron" - Russia, "Invertec V-130- S "- Linkoln - USA).
Однако повышение частоты инвертора порождает ряд проблем: увеличиваются коммутационные потери в силовых транзисторах и других полупроводниковых элементах инвертора; растут требования к частотным характеристикам элементной базы и, следовательно, растет ее стоимость; из-за неизбежной асимметрии в диагонали переменного тока транзисторного моста появляется постоянная составляющая, что делает неэффективной мостовую схему. Трансформатор требуется выполнять с зазором в сердечнике и использовать лишь на частной петле гистерезиса. Именно последняя из перечисленных проблем обусловила переход от "классических" мостовых инверторов к однотактным инверторам [3]. However, increasing the frequency of the inverter causes a number of problems: switching losses in power transistors and other semiconductor elements of the inverter increase; requirements for the frequency characteristics of the element base are growing and, therefore, its cost is growing; Due to the inevitable asymmetry in the diagonal of the alternating current of the transistor bridge, a constant component appears, which makes the bridge circuit ineffective. The transformer must be performed with a gap in the core and used only on the private hysteresis loop. It is the last of these problems that led to the transition from the "classical" bridge inverters to single-cycle inverters [3].
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является устройство, у которого последовательно с первичной обмоткой силового согласующего трансформатора включен конденсатор и, таким образом, исключена постоянная составляющая в выходном напряжении инвертора (см. патент РФ 2131640, Б.И. 16, 1999 г., прототип). The closest device of the same purpose to the claimed invention in terms of features is a device in which a capacitor is connected in series with the primary winding of the power matching transformer and, thus, the DC component in the output voltage of the inverter is excluded (see RF patent 2131640, B.I. 16 , 1999, prototype).
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании прототипа, относится то, что в известном устройстве возможно возникновение резонанса напряжений в диагонали переменного тока однофазного мостового инвертора. The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the prototype include the fact that a known device may cause voltage resonance in the diagonal of an alternating current of a single-phase bridge inverter.
Упрощенная схема прототипа приведена на фиг.1 и содержит транзисторный мост 1, 2, 3, 4 из четырех силовых транзисторов, подключенный диагональю постоянного тока к источнику питания, а диагональю переменного тока через силовой согласующий трансформатор 5, диодный выпрямитель 6 и сглаживающий дроссель 7 непосредственно к нагрузке 8. Последовательно с первичной обмоткой 9 силового согласующего трансформатора 5 включен конденсатор 10. Вторичная обмотка 11 силового согласующего трансформатора 5 подключена к входу упомянутого выпрямителя 6. Транзисторный мост 1, 2, 3, 4 шунтирован обратным диодным мостом 12, 13, 14, 15. Конденсатор 10 не пропускает постоянную составляющую, поэтому трансформатор 5 может выполняться с замкнутым сердечником, использоваться на полной петле гистерезиса, что позволяет в 2-4 раза, в зависимости от параметров сердечника, уменьшить его массогабаритные показатели при заданной частоте либо сохранить эти показатели, уменьшив соответственно частоту в 2-4 раза. Однако наличие последовательной L-C цепи, где L - индуктивность трансформатора 5, а С - емкость конденсатора 10, может привести к резонансу напряжений на одной из гармоник, даже если XL≠ХC на основной гармонике, где XL и ХC - реактансы трансформатора и конденсатора.A simplified circuit of the prototype is shown in figure 1 and contains a
Технический результат - устранение резонанса напряжений в однофазном мостовом инверторе с конденсатором в цепи силового согласующего трансформатора. EFFECT: elimination of voltage resonance in a single-phase bridge inverter with a capacitor in the power matching transformer circuit.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве, содержащем однофазный мостовой транзисторный инвертор с обратным диодным мостом, подключенный диагональю постоянного тока к источнику питания, а диагональю переменного тока подключенный через последовательно включенный конденсатор к первичной обмотке силового согласующего трансформатора, вторичная обмотка которого через диодный выпрямитель и сглаживающий дроссель связана с нагрузкой. Упомянутый силовой согласующий трансформатор снабжен дополнительной обмоткой с числом витков, вдвое меньшим, чем у первичной обмотки, причем дополнительная обмотка подключена к диагонали переменного тока обратного диодного моста, не связанной с диагональю переменного тока мостового транзисторного инвертора. The specified technical result during the implementation of the invention is achieved by the fact that in a known device containing a single-phase bridge transistor inverter with a reverse diode bridge, connected by a diagonal of a direct current to a power source, and by a diagonal of an alternating current connected through a series-connected capacitor to the primary winding of the power matching transformer, the secondary winding which is connected to the load through a diode rectifier and a smoothing inductor. Said power matching transformer is equipped with an additional winding with a number of turns half as large as that of the primary winding, with the additional winding connected to the diagonal of the alternating current of the reverse diode bridge, not connected to the diagonal of the alternating current of the bridge transistor inverter.
Это позволило осуществить возврат реактивной энергии в каждом полупериоде работы инвертора обратно в источник питания, минуя конденсатор и, таким образом, исключить резонанс напряжений при любом сочетании параметров силового согласующего трансформатора и конденсатора. This made it possible to carry out the return of reactive energy in each half-cycle of the inverter operation back to the power source, bypassing the capacitor and, thus, eliminating voltage resonance for any combination of parameters of the power matching transformer and capacitor.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения. The analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information and identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, allowed to establish that the applicant did not find an analogue characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention. The definition from the list of identified analogues of the prototype as the closest in the set of essential features of the analogue made it possible to identify the set of essential distinguishing features in relation to the applicant's technical result in the claimed device set forth in the claims.
Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию "новизна". Therefore, the claimed invention meets the condition of "novelty."
Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата, в частности, заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования:
- дополнение известного средства какой-либо известной частью (частями), присоединяемой (присоединяемыми) к нему по известным правилам для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений;
- замена какой-либо части (частей) известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;
- исключение какой-либо части (элемента) средства с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата (упрощение, уменьшение массы, габаритов, материалоемкости, повышение надежности и прочее);
- увеличение количества однотипных элементов для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов;
- выполнение известного средства или его части (частей) из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами этого материала;
- создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, рекомендаций, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого средства и связей между ними.To verify the compliance of the claimed invention with the condition "inventive step", the applicant conducted an additional search for solutions to identify signs that match the distinctive features of the claimed device from the prototype. The search results showed that the claimed invention does not derive explicitly from the prior art for the specialist, since the influence of the transformations provided for by the essential features of the claimed invention on the achievement of the technical result is not revealed from the prior art determined by the applicant, in particular, the following transformations are not provided for by the claimed invention:
- addition of a known product by any known part (s) attached to it according to known rules to achieve a technical result in respect of which the effect of such additions is established;
- replacement of any part (s) of a known product with another known part to achieve a technical result, in respect of which the effect of such a replacement is established;
- the exclusion of any part (element) of the product with the simultaneous exclusion of the function due to its presence and the achievement of the usual result for such exclusion (simplification, reduction of mass, dimensions, material consumption, increased reliability, etc.);
- an increase in the number of elements of the same type to enhance the technical result due to the presence in the tool of just such elements;
- the implementation of a known tool or part (s) of a known material to achieve a technical result due to the known properties of this material;
- the creation of a tool consisting of known parts, the choice of which and the relationship between them are based on known rules, recommendations, and the technical result achieved in this case is due only to the known properties of the parts of this tool and the relationships between them.
Описываемое изобретение не основано на изменении количественного признака (признаков), представлении таких признаков во взаимосвязи либо изменении ее вида. Имеется в виду случай, когда известен факт влияния каждого из указанных признаков на технический результат и новые значения этих признаков или их взаимосвязь могли быть получены, исходя из известных зависимостей, закономерностей. The described invention is not based on a change in a quantitative sign (s), the presentation of such signs in relationship or a change in its form. This refers to the case when the fact of the influence of each of these characteristics on the technical result is known and new values of these signs or their relationship could be obtained on the basis of known dependencies and patterns.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень". Therefore, the claimed invention meets the condition of "inventive step".
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.2 представлена схема однофазного мостового инвертора, на фиг.3,а, б, в - временные диаграммы, а на фиг.3, г - зависимость напряжения от тока. The invention is illustrated by drawings, where figure 2 presents a diagram of a single-phase bridge inverter, figure 3, a, b, c - timing diagrams, and figure 3, d - dependence of voltage on current.
Устройство содержит транзисторный мост из четырех силовых транзисторов 1, 2, 3, 4, подключенный диагональю постоянного тока к источнику питания, а диагональю переменного тока через силовой согласующий трансформатор 5, диодный выпрямитель 6 и сглаживающий дроссель 7 к нагрузке 8. Последовательно с первичной обмоткой 9 силового согласующего трансформатора 5 включен конденсатор 10. Вторичная обмотка 11 силового согласующего трансформатора 5 подключена к входу диодного выпрямителя 6. Обратный диодный мост 12, 13, 14, 15 диагональю постоянного тока подключен к источнику питания, а диагональю переменного тока, не связанной с диагональю переменного тока мостового транзисторного инвертора, к дополнительной обмотке 16 силового согласующего трансформатора 5. The device contains a transistor bridge of four
Устройство функционирует следующим образом. При наличии напряжения источника питания U1* (фиг.3,а) и включении одной из диагональных пар силовых транзисторов, например 1 и 4, через конденсатор 10 к первичной обмотке 9 силового согласующего трансформатора 5 прикладывается напряжение источника питания плюс напряжение конденсатора 10. На холостом ходу, когда через конденсатор 10 протекает только намагничивающий ток силового согласующего трансформатора 5, амплитуда напряжения Uс* на конденсаторе 10 мала (фиг.3, б). С ростом тока нагрузки соответственно увеличивается амплитуда напряжения на конденсаторе 10. При запирании силовых транзисторов 1 и 4 накопленная в силовом согласующем трансформаторе 5 электромагнитная энергия через дополнительную обмотку 16 и обратный диодный мост 12, 13, 14, 15 разряжается в источник питания. Для лучшей магнитной связи эта обмотка выполняется вмотанной в первичную обмотку 9 силового согласующего трансформатора 5, а число ее витков вдвое меньше числа витков первичной обмотки 9. Это условие необходимо, чтобы напряжение, трансформируемое в дополнительную обмотку 16 при включенных силовых транзисторах любой диагональной пары, было не больше по амплитуде напряжения источника питания.The device operates as follows. If there is a voltage of the power supply U 1 * (Fig. 3, a) and the inclusion of one of the diagonal pairs of power transistors, for example 1 and 4, through the
Таким образом, возврат реактивной энергии в источник питания возможен только в моменты пауз при переключении диагональных пар силовых транзисторов 1, 2, 3, 4. Когда ток нагрузки Id достигает определенной "критической" величины Id=Ikp (фиг.3,г) амплитуда напряжения Uс* на конденсаторе 10 достигает максимума, то есть напряжения источника питания. Напряжение на первичной обмотке 9 в моменты коммутации очередной диагональной пары силовых транзисторов достигает двойного напряжения источника питания. Дальнейший рост амплитуды напряжения на конденсаторе 10 и, соответственно, на первичной обмотке 9 силового согласующего трансформатора 5 невозможен, поэтому при дальнейшем увеличении тока нагрузки Id > Ikp в выпрямленном напряжении U2d* (фиг.3,в) появляются участки нулевого значения, а в токе силового согласующего трансформатора - паузы. Средневыпрямленное напряжение Ud* начинает уменьшаться (фиг.3, г) и внешняя характеристика инвертора из линейной превращается в гиперболическую: Ud*•Id=const. Уместно отметить, что если линейный участок внешней характеристики устройства (на фиг. 3,г этот участок для простоты изображен абсолютно жестким, то есть без учета импеданса устройства) пригоден для большинства электротехнических и электротехнологических установок, то участок постоянной мощности Ud*•Id=const идеально подходит, например, для электродуговой сварки в воздухе. Как упоминалось, конденсатор 10 исключает постоянную составляющую в токе силового согласующего трансформатора 5, а дополнительная обмотка 16 этого трансформатора осуществляет циклический возврат реактивной энергии в источник, исключая тем самым резонанс напряжений. Мощность, передаваемая дополнительной обмоткой 16 в источник питания, весьма невелика, особенно если сердечник трансформатора выполнен на железе с прямоугольной петлей гистерезиса и малым током намагничивания, поэтому дополнительная обмотка 16 практически не увеличивает объем меди силового согласующего трансформатора. Необходимый технический результат достигнут простым средством.Thus, the return of reactive energy to the power source is possible only during pauses when switching diagonal pairs of
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного устройства следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в области электротехники;
- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств и методов;
- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.Thus, the above information indicates the following conditions are met when using the claimed device:
- a tool embodying the claimed device in its implementation, is intended for use in industry, namely in the field of electrical engineering;
- for the claimed device in the form as described in the independent clause of the claims, the possibility of its implementation using the means and methods described in the application is confirmed;
- a tool embodying the claimed invention in its implementation, is able to ensure the achievement of the perceived by the applicant technical result.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость". Therefore, the claimed invention meets the condition of "industrial applicability".
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002103692/09A RU2210852C1 (en) | 2002-02-08 | 2002-02-08 | Single-phase bridge-type transistor inverter with inverse diode bridge |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002103692/09A RU2210852C1 (en) | 2002-02-08 | 2002-02-08 | Single-phase bridge-type transistor inverter with inverse diode bridge |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2210852C1 true RU2210852C1 (en) | 2003-08-20 |
RU2002103692A RU2002103692A (en) | 2004-04-27 |
Family
ID=29246381
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002103692/09A RU2210852C1 (en) | 2002-02-08 | 2002-02-08 | Single-phase bridge-type transistor inverter with inverse diode bridge |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2210852C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2553660C2 (en) * | 2012-10-12 | 2015-06-20 | Закрытое акционерное общество "Связь инжиниринг" | Two-stroke bridge voltage converter |
RU2729882C2 (en) * | 2016-12-29 | 2020-08-13 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" | Voltage converter of dc power supply source |
RU2731499C1 (en) * | 2017-09-05 | 2020-09-03 | Сименс Мобилити Гмбх | Converter |
RU217513U1 (en) * | 2022-12-23 | 2023-04-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Bridge inverter with external excitation |
-
2002
- 2002-02-08 RU RU2002103692/09A patent/RU2210852C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2553660C2 (en) * | 2012-10-12 | 2015-06-20 | Закрытое акционерное общество "Связь инжиниринг" | Two-stroke bridge voltage converter |
RU2729882C2 (en) * | 2016-12-29 | 2020-08-13 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" | Voltage converter of dc power supply source |
RU2731499C1 (en) * | 2017-09-05 | 2020-09-03 | Сименс Мобилити Гмбх | Converter |
US11228253B2 (en) | 2017-09-05 | 2022-01-18 | Siemens Mobility GmbH | Converter arrangement with reduced influence of interference frequencies |
RU217513U1 (en) * | 2022-12-23 | 2023-04-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Bridge inverter with external excitation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2217121C (en) | Resonant switching power supply circuit | |
JP4140169B2 (en) | Non-contact power transmission device | |
TW530450B (en) | Switching power supply having an improved power factor by voltage feedback | |
JP2017523580A (en) | Driver device and driving method | |
TW201725844A (en) | Unidirectional isolated multi-level DC-DC converter and method thereof | |
James et al. | Improved AC pickups for IPT systems | |
US4663699A (en) | Synchronous converter circuit | |
Shi et al. | A wireless power transfer system with inverse coupled current doubler rectifier for high-output current applications | |
US6046914A (en) | AC/DC converter | |
RU2006126497A (en) | VOLTAGE TRANSFORMER | |
JP2004023825A (en) | Power conversion circuit | |
RU2210852C1 (en) | Single-phase bridge-type transistor inverter with inverse diode bridge | |
RU2523109C1 (en) | Induction supply metre analyser | |
US6028777A (en) | High frequency power supply generator | |
KR100439414B1 (en) | DC/DC converter of Insulation type and Uninterruptible power supply used the same apparatus | |
Do et al. | Single-stage line-coupled half-bridge ballast with unity power factor and ripple-free input current using a coupled inductor | |
JP2799410B2 (en) | DC converter device | |
Sierra et al. | Comparison of fluorescent lamp stabilization methods in the current-fed push-pull inverter | |
RU2223590C1 (en) | Bridge inverter | |
RU2709453C2 (en) | Quasi-resonance single-cycle forward-path voltage converter with switching at zero current | |
US5117157A (en) | Ballast circuits for discharge lamps | |
Samy et al. | Comparative Analysis of Class-D, Class-E, and Class EF Inverter Topologies for Multi-Megahertz | |
RU2216093C1 (en) | Single-phase transistor bridge inverter | |
CN111525802A (en) | Conversion device | |
RU2006163C1 (en) | Ac-to-dc voltage converter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040209 |