RU2215361C1

RU2215361C1 - Bridge inverter

Info

Publication number: RU2215361C1
Application number: RU2002104082/09A
Authority: RU
Inventors: Ю.М. Зинин; А.В. Ветошкин; Ю.П. Ройзман
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-конструкторское внедренческое предприятие "Петра"
Priority date: 2002-02-13
Filing date: 2002-02-13
Publication date: 2003-10-27

Abstract

FIELD: power converter engineering; dc-to- ac energy inverters for various industries. SUBSTANCE: bridge inverter that may be used to produce high-frequency power supplies for inductive heating appliances has bridge built around controllable gates and connected to one of its output leads, load circuit being connected across diagonally opposite ac terminals while diagonally opposite dc terminals are shorted out by differentially connected rectifier diode. Damping RC circuit shorts out diagonally opposite dc terminals of bridge connected to other input lead through additional choke whose inductance is higher by at least an order of magnitude than that of switching choke. Interconnected switching choke and capacitor are connected in parallel with backward rectifier diode. EFFECT: reduced voltage across inverter thyristors which raises reliability of device. 1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике, в частности к преобразователям энергии постоянного тока в энергию переменного тока, и может найти применение в различных отраслях промышленности при создании источников питания повышенной частоты для установок индукционного нагрева. The invention relates to power converting technology, in particular to converters of direct current energy to alternating current energy, and can find application in various industries when creating high-frequency power sources for induction heating installations.

Известен последовательный мостовой инвертор тока, каждое плечо которого состоит из пар встречно-параллельно включенных тиристора и диода и последовательно включенной обмотки реактора, в диагональ моста включены коммутирующий конденсатор, дроссель и нагрузка, мост подключен к источнику питания через дроссель постоянного тока, причем обмотки реактора синфазных плеч моста выполнены на одном насыщающемся магнитопроводе и включены согласно [1] . A serial bridge current inverter is known, each arm of which consists of pairs of oppositely connected thyristor and diode and a series-connected reactor winding, a switching capacitor, inductor and load are included in the bridge diagonal, the bridge is connected to a power source through a DC inductor, and the common-mode reactor windings the shoulders of the bridge are made on one saturable magnetic circuit and are included according to [1].

К недостаткам данной схемы необходимо отнести недостаточно высокую надежность ввиду того, что напряжение на тиристорах схемы высоко из-за наличия двух коммутирующих катушек индуктивности с высокой разностью потенциалов. The disadvantages of this circuit include insufficiently high reliability due to the fact that the voltage on the thyristors of the circuit is high due to the presence of two switching inductors with a high potential difference.

Известен также последовательный инвертор тока, содержащий подключенный к источнику питания через входной дроссель вентильный мост, в диагональ переменного тока которого включены последовательно соединенные нагрузка, коммутирующие дроссель и конденсатор, а каждое плечо моста образовано встречно-параллельными управляемым и неуправляемым вентилями и одной из обмоток четырехобмоточного трансформатора [2]. A serial current inverter is also known, which contains a valve bridge connected to a power source through an input choke, the AC diagonal of which includes a load connected by a commutating choke and a capacitor, and each bridge arm is formed by counter-parallel controlled and uncontrolled valves and one of the windings of the four-winding transformer [2].

В данном инверторе обеспечены равные напряжения на всех вентилях, однако он сложен, так как имеет четыре силовых обратных вентиля и четырехобмоточный трансформатор. При работе на больших мощностях и высоких частотах надежность инвертора снижается из-за того, что падение напряжения на индуктивной составляющей сопротивления цепей обратных вентилей может превышать по величине падение напряжения на последних. This inverter provides equal voltage across all valves, however, it is complicated, as it has four power check valves and a four-winding transformer. When operating at high power and high frequencies, the reliability of the inverter is reduced due to the fact that the voltage drop across the inductive component of the resistance of the circuit of the check valves can exceed the voltage drop across the latter.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является инвертор, содержащий подключенный к одному из входных выводов мост на управляемых вентилях, в диагональ переменного тока которого включены последовательно соединенные цепь нагрузки, коммутирующие дроссель и конденсатор, а диагональ постоянного тока зашунтирована обратно включенным неуправляемым вентилем, демпфирующая RC-цепочка шунтирует диагональ постоянного тока моста, соединенного с другим входным выводом через дополнительный дроссель, выполненный с индуктивностью, превышающей по крайней мере на порядок индуктивность коммутирующего дросселя [3]. Closest to the proposed invention is an inverter containing a bridge connected to one of the input terminals on controlled gates, the AC diagonal of which includes a series-connected load circuit commuting the inductor and capacitor, and the DC diagonal is bridged by an uncontrolled valve turned on again, an RC damping circuit shunts the diagonal of the direct current of the bridge connected to another input terminal through an additional inductor made with inductance, exceed at least an order of magnitude higher than the inductance of the commutating inductor [3].

К недостаткам данной схемы следует отнести невысокую надежность, объясняемую повышенными напряжениями на тиристорах инвертора при переменной нагрузке. The disadvantages of this circuit include low reliability, explained by increased voltages on the inverter thyristors at variable load.

Задачей, решаемой данным изобретением, является уменьшение напряжения на тиристорах инвертора, что существенно повышает надежность устройства. The problem solved by this invention is to reduce the voltage on the thyristors of the inverter, which significantly increases the reliability of the device.

Поставленная задача решается инвертором, содержащим подключенный к одному из входных выводов мост на управляемых вентилях, в диагональ переменного тока которого включена цепь нагрузки, а диагональ постоянного тока зашунтирована обратно включенным неуправляемым вентилем, демпфирующая RC-цепочка шунтирует диагональ постоянного тока моста, соединенного с другим входным выводом через дополнительный дроссель, выполненный с индуктивностью, превышающей по крайней мере на порядок индуктивность коммутирующего дросселя. Новым является то, что коммутирующие дроссель и конденсатор подключены параллельно обратному неуправляемому вентилю. The problem is solved by an inverter containing a bridge connected to one of the input terminals on controlled gates, whose load circuit is connected to the diagonal of the alternating current, and the DC diagonal is bridged by an uncontrolled valve, the damping RC circuit shunts the DC diagonal of the bridge connected to the other input output through an additional inductor made with an inductance exceeding at least an order of magnitude the inductance of the switching inductor. What is new is that the commutating inductor and capacitor are connected in parallel with the non-return valve.

На фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема инвертора; на фиг. 2 - временные диаграммы токов и напряжений в ней (индексы в обозначениях токов и напряжений соответствуют позиционным обозначениям элементов схемы, в которых протекает показанный ток или на которых присутствует показанное напряжение). Figure 1 shows the circuit diagram of the inverter; in FIG. 2 - time diagrams of currents and voltages in it (indices in the designations of currents and voltages correspond to the positional designations of circuit elements in which the shown current flows or on which the indicated voltage is present).

Инвертор содержит подключенный к источнику питания через дополнительный дроссель 1 инверторный мост 2, в диагональ переменного тока которого включена нагрузка 3, причем плечи моста 2 образованы управляемыми вентилями 4-7, а диагональ постоянного тока зашунтирована обратно включенным неуправляемым вентилем 8. The inverter contains an inverter bridge 2 connected to the power supply through an additional inductor 1, the load 3 is included in the diagonal of the alternating current, and the shoulders of the bridge 2 are formed by controlled valves 4-7, and the diagonal of the direct current is shunted by the switched on non-controlled valve 8.

Демпфирующая RC-цепочка 9 состоит из резистора 10 и конденсатора 11, подключенных параллельно неуправляемому вентилю 8. Параллельно ему подключен коммутирующий дроссель 12 и коммутирующий конденсатор 13. The damping RC circuit 9 consists of a resistor 10 and a capacitor 11 connected in parallel to an uncontrolled valve 8. A switching choke 12 and a switching capacitor 13 are connected in parallel to it.

Дополнительный дроссель 1 выполнен с индуктивностью, превышающей, по крайней мере, на порядок индуктивность коммутирующего дросселя 12. The additional inductor 1 is made with an inductance exceeding at least an order of magnitude the inductance of the switching inductor 12.

Инвертор работает следующим образом. The inverter operates as follows.

Поскольку индуктивность дополнительного дросселя 1 достаточно велика, выходной ток инвертора практически постоянный. Since the inductance of the additional inductor 1 is large enough, the inverter output current is almost constant.

В момент t0, когда включается вентиль 4 и 7, конденсатор 13, заряженный в момент t0 напряжением с полярностью, указанной на фиг.1, начинает перезаряжаться по контуру 12-4-3-7. Амплитуда тока перезаряда конденсатора 13 превышает входной ток инвертора, поэтому на интервале t1...t2 включается неуправляемый вентиль 8 и ток перезаряда конденсатора 13 течет по контуру 8-12. Этот интервал является временем, предоставляемым на восстановление управляемости вентилями 4 и 7. At time t0, when valve 4 and 7 are turned on, the capacitor 13, charged at time t0 with a voltage with the polarity indicated in FIG. 1, starts to recharge along circuit 12-4-3-7. The amplitude of the overcharge current of the capacitor 13 exceeds the input current of the inverter, therefore, in the interval t1 ... t2, an uncontrolled valve 8 is turned on and the overcharge current of the capacitor 13 flows along circuit 8-12. This interval is the time available to restore the controllability of valves 4 and 7.

В момент t2 ток вентиля 8 прерывается и входной ток инвертора дозаряжает конденсатор 13 через элементы 1 и 12 до величины исходного напряжения (см. кривую u 5 на фиг.2). At time t2, the current of the valve 8 is interrupted and the input current of the inverter recharges the capacitor 13 through the elements 1 and 12 to the value of the initial voltage (see curve u 5 in figure 2).

В момент t3 импульсами системы управления включаются вентили 6 и 5. На интервале t4...t5 вновь проводит неуправляемый вентиль 8 и вентили 6 и 5 восстанавливают свою управляемость. После выключения вентиля 8 на интервале t5. . .t6 ток от источника питания по цепи 1-12 дозаряжает конденсатор 13 до величины и полярности напряжения, существующих в момент t0. At time t3, the pulses of the control system turn on the gates 6 and 5. On the interval t4 ... t5, the uncontrolled valve 8 is again driven and the gates 6 and 5 regain their controllability. After turning off valve 8 in the interval t5. . .t6 the current from the power source through circuit 1-12 charges the capacitor 13 to the magnitude and polarity of the voltage existing at time t0.

Таким образом, к моменту t6 заканчивается полный цикл электромагнитных процессов, формирующих полный период кривой тока нагрузки инвертора. Далее эти циклы повторяются. Thus, by time t6, the complete cycle of electromagnetic processes ending in the full period of the inverter load current curve ends. Further, these cycles are repeated.

Ввиду относительно длительного времени отключения вентилей, в моменты t2 и t5 включения неуправляемого вентиля 8 обрыв тока в нем происходит при больших его значениях. Due to the relatively long time the valves are turned off, at the moments t2 and t5 of turning on the uncontrolled valve 8, the current break in it occurs at large values.

Скачки тока приводят к генерации перенапряжений коммутирующим дросселем 12, ограничение этих перенапряжений по амплитуде и скорости нарастания обеспечивает демпфирующая цепочка 9. Как видно из фиг.1, демпфирующая цепочка 9 подключена через конденсатор 13 к коммутирующей индуктивности 12, обеспечивая ограничение коммутационных перенапряжений. The current surges lead to the generation of overvoltages by the switching inductor 12, the damping circuit 9 provides a limitation of these overvoltages in amplitude and slew rate. As can be seen from Fig. 1, the damping circuit 9 is connected through the capacitor 13 to the switching inductance 12, ensuring the limitation of switching overvoltages.

Как видно из фиг. 2, ток и напряжение в нагрузке 3 имеют практически синусоидальную форму с паузой, потому что ток перезаряда коммутирующего дросселя 12 и конденсатора 13 протекает через неуправляемый вентиль 8. As can be seen from FIG. 2, the current and voltage in the load 3 have a practically sinusoidal shape with a pause, because the overcharge current of the switching inductor 12 and the capacitor 13 flows through an uncontrolled valve 8.

Использование предложенной схемы позволяет вдвое снизить амплитуду напряжения на тиристорах инвертора. Напряжение на тиристорах инвертора u 4, 7 и u 5, 6 в два раза меньше напряжения на диоде u 8 и значительно меньше, чем в известной схеме инвертора, принятой в качестве прототипа изобретения, что существенно повышает надежность устройства. Using the proposed circuit allows you to halve the amplitude of the voltage across the inverter thyristors. The voltage on the thyristors of the inverter u 4, 7 and u 5, 6 is half the voltage on the diode u 8 and significantly less than in the known inverter circuit adopted as a prototype of the invention, which significantly increases the reliability of the device.

Источники информации
1. Патент РФ 2000647, М. кл. (7) Н 02 М 7/523, 1993.Sources of information
1. RF patent 2000647, M. cl. (7) H 02 M 7/523, 1993.

2. Авторское свидетельство СССР 1328907, М. кл. (7) Н 02 М 7/523, БИ 29, 1987. 2. Copyright certificate of the USSR 1328907, M. cl. (7) H 02 M 7/523, BI 29, 1987.

3. Авторское свидетельство СССР 1735988, М. кл. (7) Н 02 М 7/523, БИ 19, 1992 (прототип). 3. Copyright certificate of the USSR 1735988, M. cl. (7) H 02 M 7/523, BI 19, 1992 (prototype).

Claims

A bridge inverter containing a bridge connected to one of the input pins on controlled gates, whose load circuit is connected to the diagonal of the AC current, and the DC diagonal is bridged by the uncontrolled valve, whose damping RC circuit shunts the DC diagonal of the bridge connected to the other input terminal through an additional inductor made with an inductance exceeding at least an order of magnitude the inductance of the switching inductor, characterized in that flax included between a commutating inductor and a capacitor connected in parallel with reverse uncontrolled valve.