RU2400916C1 - Design of inverter with forced switching - Google Patents

Design of inverter with forced switching Download PDF

Info

Publication number
RU2400916C1
RU2400916C1 RU2009132468/09A RU2009132468A RU2400916C1 RU 2400916 C1 RU2400916 C1 RU 2400916C1 RU 2009132468/09 A RU2009132468/09 A RU 2009132468/09A RU 2009132468 A RU2009132468 A RU 2009132468A RU 2400916 C1 RU2400916 C1 RU 2400916C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
current
sat
voltage
saturation
saturable
Prior art date
Application number
RU2009132468/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Хорст ГРЮНИНГ (JP)
Хорст ГРЮНИНГ
Кимиюки КОЯНАГИ (JP)
Кимиюки КОЯНАГИ
Макото МУКУНОКИ (JP)
Макото МУКУНОКИ
Original Assignee
Тосиба Мицубиси-Электрик Индастриал Системз Корпорейшн
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 Тосиба Мицубиси-Электрик Индастриал Системз Корпорейшн filed Critical Тосиба Мицубиси-Электрик Индастриал Системз Корпорейшн
Priority to RU2009132468/09A priority Critical patent/RU2400916C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2400916C1 publication Critical patent/RU2400916C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: device is suggested, which represents inverter of high capacity with forced switching, having maximum rated output current IRout. It comprises DC-coupling capacitor, anode stray inductance, switch arm, circuit of level fixation and unit with saturated core. Besides DC-coupling capacitor has voltage pulsation characterised by maximum value dVm of absolute value of growth speed dVDC/dt, and anode stray inductance is connected serially to DC-coupling capacitor. Switch arm comprises circuit of serial connection of locked valve device, and reverse diode, and circuit of level fixation includes fixing capacitor, fixing diode and circuit of fixation level voltage collapse, including resistor. Unit with saturated core has one of linear saturation characteristic and smooth saturation characteristic, every of which has saturation current, equal to Isat and established so that ratio IRout>Isat>C31×dVm, where C31 is capacitance of fixing capacitor.
EFFECT: elimination of transistor overloads in reverse recovery.
13 cl, 28 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к устройству инвертора с принудительной коммутацией, в частности к устройству инвертора с принудительной коммутацией для источника напряжения большой мощности, которое содержит устройства запираемого вентиля, такие как, например, вентили, коммутируемые по управляющему электроду (GCTs), транзисторы с изолированным затвором и увеличенной инжекцией (IEGTs) или биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBTs), обратные диоды и схему фиксации уровня.The present invention relates to a forced-switching inverter device, in particular to a forced-switching inverter device for a high power voltage source, which comprises lockable valve devices, such as, for example, gate-switched valves (GCTs), insulated gate transistors, and Extended Injection (IEGTs) or Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBTs), Reverse Diodes, and Level Lock Circuit.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION

Каждое из устройств инвертора с принудительной коммутацией для источника напряжения большой мощности содержит устройства запираемого вентиля, обратные диоды, схему фиксации уровня и блок аккумулирования постоянного тока, например батарею конденсаторов. В зависимости от области применения применяют различные разновидности конфигурации принципиальной схемы, например конфигурацию прерывателя, двухуровневую конфигурацию, трехуровневую конфигурацию и многоуровневую конфигурацию.Each of the forced-switching inverter devices for a high-power voltage source contains lockable gate devices, reverse diodes, a level locking circuit, and a direct current storage unit, such as a capacitor bank. Depending on the application, various types of circuit configuration are used, for example, a chopper configuration, a two-level configuration, a three-level configuration, and a multi-level configuration.

В открытом состоянии каждый из используемых на практике высоковольтных обратных диодов, имеющих запирающую способность, например 4,5 кВ или 6 кВ, накапливает существенное количество носителей заряда. Затем эти носители заряда должны быть извлечены обратным током до того, как будет получено закрытое состояние.In the open state, each of the high-voltage reverse diodes used in practice, having a blocking capacity of, for example, 4.5 kV or 6 kV, accumulates a significant amount of charge carriers. Then, these charge carriers must be removed by reverse current before a closed state is obtained.

Вследствие наличия такого обратного тока восстановления эти диоды будут иметь относительно низкое полное сопротивление в течение короткого отрезка времени после инициирования условия реверсирования. Следовательно, во избежание появления любого избыточного тока необходимо применять какое-либо управление током. По существу, были предложены следующие два типа управления обратным током восстановления с помощью пассивных элементов:Due to the presence of such a reverse recovery current, these diodes will have a relatively low impedance for a short time after initiating the reversal condition. Therefore, in order to avoid the occurrence of any excess current, it is necessary to apply some kind of current control. Essentially, the following two types of reverse recovery current control using passive elements have been proposed:

(a) управление током с помощью линейных анодных электрических реакторов и(a) current control using linear anode electric reactors and

(b) управление током с помощью насыщаемых сердечников.(b) current control with saturable cores.

Ниже приведено описание управления током обратного восстановления линейного анодного электрического реактора известного уровня техники, который раскрыт в приведенных ниже патентных документах:The following is a description of the control current reverse recovery linear anode electric reactor of the prior art, which is disclosed in the following patent documents:

(a) в выложенной публикации Европейского патента № EP-0776083-A2 (которую ниже именуют первым патентным документом);(a) in European Patent Laid-Open Publication No. EP-0776083-A2 (which is hereinafter referred to as the first patent document);

(b) в патенте США № 5768114, который относится к семейству первого патентного документа; и(b) in US patent No. 5768114, which relates to the family of the first patent document; and

(c) в патенте Японии № JP-3749580-B2, который относится к другому семейству первого патентного документа.(c) in Japanese Patent No. JP-3749580-B2, which relates to another family of the first patent document.

В первом патентном документе раскрыто бездемпферное управление обратного восстановления линейным анодным электрическим реактором и раскрыта схема прерывателя для источника напряжения большой мощности с принудительной коммутацией, в которой используют линейный анодный электрический реактор, из известного уровня техники. Схема прерывателя содержит конденсатор связи по постоянному току, питание которого обеспечено через входные линии, плечо переключателя, содержащее устройство запираемого вентиля, и обратный диод, анодный электрический реактор и схему фиксации уровня, содержащую фиксирующий диод.In the first patent document, a damper-free reverse recovery control by a linear anode electric reactor is disclosed, and a circuit breaker circuit for a forced-switching high-power voltage source using a linear anode electric reactor of the prior art is disclosed. The chopper circuit includes a DC coupling capacitor, which is supplied via input lines, a switch arm containing a lockable gate device, and a return diode, an anode electric reactor, and a level locking circuit containing a fixing diode.

В экспериментальном примере схемы прерывателя после уменьшения тока, текущего через обратный диод, до нуля обратный диод затем обеспечивает обратное восстановление, а именно носители заряда в обратном диоде по-прежнему сохраняют высокую проводимость, в то время как направление анодного тока изменяется на противоположное. Вследствие этого напряжение на обратном диоде остается близким к нулю в течение некоторого отрезка времени. После этого напряжение на обратном диоде может снизиться, приближаясь к значению напряжения связи по постоянному току. А именно вследствие индуктивности анодного электрического реактора анодный ток, текущий в обратном диоде, продолжает увеличиваться, и затем этот же самый ток может быть переключен в схему фиксации уровня. В этом случае напряжение на обратном диоде остается близким к значению напряжения на конденсаторе связи по постоянному току, и анодный ток, протекающий через обратный диод, может быть уменьшен.In the experimental example of the chopper circuit, after the current flowing through the reverse diode to zero, the reverse diode then provides reverse recovery, namely, the charge carriers in the reverse diode still maintain high conductivity, while the direction of the anode current is reversed. As a result, the voltage at the reverse diode remains close to zero for a certain period of time. After that, the voltage at the reverse diode may decrease, approaching the value of the DC coupling voltage. Namely, due to the inductance of the anode electric reactor, the anode current flowing in the reverse diode continues to increase, and then the same current can be switched into a level fixing circuit. In this case, the voltage at the reverse diode remains close to the DC voltage across the coupling capacitor, and the anode current flowing through the reverse diode can be reduced.

В типичных характеристиках зависимости анодного напряжения от анодного тока для использованного выше обратного диода для каждого протекающего через него прямого тока обратное напряжение приближается к наибольшему значению тогда, когда анодный ток также приближается к наибольшему значению. В таком случае в диоде создается высокая кажущаяся мощность обратного восстановления при повышенном анодном напряжении, вызывающая, следовательно, высокий уровень вредного воздействия обратного восстановления. Кроме того, такая кажущаяся мощность обратного восстановления лишь незначительно уменьшается при уменьшении прямого тока. При использовании типичного диода уменьшение прямого тока с 6000 А до 100 A, то есть в 60 раз, может уменьшить величину кажущейся мощности обратного восстановления всего лишь в 2 раза. Вследствие этого обратный диод при таком условии будет наиболее предрасположен к выходу из строя при обратном восстановлении из-за малого уровня прямого тока.In typical characteristics of the dependence of the anode voltage on the anode current for the reverse diode used above, for each forward current flowing through it, the reverse voltage approaches the highest value when the anode current also approaches the highest value. In this case, a high apparent power of reverse recovery is created in the diode with an increased anode voltage, causing, therefore, a high level of harmful effects of reverse recovery. In addition, this apparent reverse recovery power only decreases slightly with decreasing forward current. When using a typical diode, reducing the forward current from 6000 A to 100 A, that is, 60 times, can reduce the apparent reverse recovery power by only 2 times. As a result, the reverse diode under this condition will be most prone to failure during reverse recovery due to the low level of forward current.

Следующим по порядку, ниже приведено описание управления обратным током восстановления с помощью насыщаемого сердечника, который раскрыт в следующих патентных документах:Next in order, the following describes the control of the reverse recovery current using a saturable core, which is disclosed in the following patent documents:

(a) в патенте Японии № JP-3745561-B2 (который ниже именуют вторым патентным документом) и(a) in Japanese Patent No. JP-3745561-B2 (which is hereinafter referred to as the second patent document) and

(b) в патенте США № 6392907, который относится к семейству второго патентного документа.(b) in US patent No. 6392907, which relates to the family of the second patent document.

Во втором патентном документе раскрыт инвертор с принудительной коммутацией, в котором используют управление обратным восстановлением с помощью насыщаемых сердечников. В инверторе один или два насыщаемых сердечника обрезают ток, втекающий, по меньшей мере, в один из двух конденсаторов связи по постоянному току. Во время обратного восстановления обратного диода обратный ток восстановления устанавливается исключительно фиксирующей цепью, содержащей фиксирующий конденсатор, фиксирующий диод и фиксирующие резисторы.A second patent document discloses a forced-commutated inverter that utilizes saturable core reverse recovery control. In the inverter, one or two saturable cores cut off the current flowing into at least one of the two DC coupling capacitors. During reverse recovery of the reverse diode, the reverse recovery current is set exclusively by the fixing circuit, which contains a clamp capacitor, a clamp diode, and clamp resistors.

Для данной области применения обычно выбирают насыщаемые сердечники с малыми потерями. В магнитном потоке B с напряженностью H характеристики электрического поля насыщаемого сердечника насыщаемый сердечник действует на малое магнитное поле, а переключение вызывают между двумя крайними состояниями насыщения, соответствующими максимальному магнитному потоку Bmax и минимальному магнитному потоку Bmin. Это приводит к генерации с малыми потерями. Таким образом, предотвращено накопление большого количества энергии в анодном электрическом реакторе.For this application, low loss saturable cores are usually chosen. In magnetic flux B with intensity H of the electric field characteristic of the saturated core, the saturated core acts on a small magnetic field, and switching is caused between two extreme saturation states corresponding to the maximum magnetic flux B max and the minimum magnetic flux B min . This results in low loss generation. Thus, the accumulation of a large amount of energy in the anode electric reactor is prevented.

Однако при внедрении таких насыщаемых сердечников, в частности трехфазного трехуровневого инвертора из известного уровня техники, содержащего насыщаемые сердечники, возникла другая сопутствующая проблема. Когда напряжение конденсатора связи по постоянному току заряжается током из другой фазы, то насыщаемые сердечники трехуровневого инвертора принимают электрический ток на основе токов смещения, текущих в фиксирующих конденсаторах, а затем эти насыщаемые сердечники переключают в соответствующее состояние насыщения. Таким образом, насыщаемые сердечники могут быть установлены в состояние, непосредственно противоположное тому состоянию, которое необходимо для защиты обратного диода при обратном восстановлении. В таком случае обратный ток восстановления, текущий в обратном диоде, увеличится при высоком значении dI/dt, что вероятнее всего вызовет выход из строя обратного диода.However, when introducing such saturable cores, in particular a three-phase three-level inverter of the prior art containing saturable cores, another related problem arose. When the voltage of the DC coupling capacitor is charged with current from a different phase, the saturable cores of the three-level inverter receive an electric current based on the bias currents flowing in the fixing capacitors, and then these saturable cores are switched to the corresponding saturation state. Thus, saturable cores can be set in a state directly opposite to that which is necessary to protect the reverse diode during reverse recovery. In this case, the reverse recovery current flowing in the reverse diode will increase at a high value of dI / dt, which is most likely to cause the failure of the reverse diode.

В схеме инвертора большой мощности, в которой используют линейные анодные электрические реакторы, возникает проблема использования большой индуктивности для удовлетворения требованиям типичных высоковольтных обратных диодов. Во время каждого цикла переключения в таких электрических реакторах накапливается и высвобождается значительное количество энергии, которая создает существенный вклад в суммарные потери инвертора. Вдобавок к этому, схема инвертора большой мощности, в которой используют линейные анодные электрические реакторы, дает чисто индуктивную нагрузку на высоковольтные обратные диоды. Такая чисто индуктивная нагрузка оказывает самое большое вредное воздействие на эти обратные диоды. В этом случае ситуации наличия наиболее серьезного вредного воздействия наблюдают при малом токе нагрузки, что, следовательно, препятствует потребности в использовании нежелательно высоких значений индуктивности.In a high power inverter circuit using linear anode electric reactors, the problem arises of using high inductance to meet the requirements of typical high voltage reverse diodes. During each switching cycle, a significant amount of energy is accumulated and released in such electric reactors, which makes a significant contribution to the total losses of the inverter. In addition, a high power inverter circuit using linear anode electric reactors provides a purely inductive load on the high voltage reverse diodes. Such a purely inductive load has the greatest harmful effect on these reverse diodes. In this case, situations of the presence of the most serious harmful effects are observed at a low load current, which, therefore, impedes the need for using undesirably high inductance values.

Инверторы большой мощности из известного уровня техники, в каждом из которых используют насыщаемые сердечники, содержат сердечники с двумя четко определенными состояниями насыщения. Вследствие этого, в преобразователях большой мощности, в которых используют устройства с быстрым включением, такие как, например, вентили, коммутируемые по управляющему электроду (GCT), биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) или транзисторы с изолированным затвором и увеличенной инжекцией (IEGT), имеется риск перегрузки при обратном восстановлении из-за ошибочной установки состояния насыщения сердечника.High power inverters of the prior art, each using saturable cores, contain cores with two well-defined saturation states. As a result, high power converters that use quick-turn-on devices, such as, for example, gate-switched valves (GCTs), IGBTs or IGBTs (IEGTs) There is a risk of overload during reverse recovery due to the erroneous setting of the core saturation state.

Основной задачей настоящего изобретения является создание устройства инвертора с принудительной коммутацией, которое при реальном применении способно выполнять четко определенные операции почти в любых условиях с надежным управлением обратным током восстановления диода.The main objective of the present invention is to provide an inverter device with forced switching, which, in actual use, is capable of performing well-defined operations in almost any environment with reliable control of the reverse current of the diode recovery.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Согласно настоящему изобретению в нем предложено устройство инвертора большой мощности с принудительной коммутацией, имеющего максимальный номинальной выходной ток IRout, включающего в себя, по меньшей мере, один конденсатор связи по постоянному току, по меньшей мере, одну анодную индуктивность рассеяния, по меньшей мере, одно плечо переключателя, по меньшей мере, одну схему фиксации уровня и, по меньшей мере, один блок с насыщаемым сердечником. Конденсатор связи по постоянному току имеет пульсацию напряжения, характеризующуюся максимальным значением dVm абсолютной величины скорости нарастания dVDC/dt, которое удовлетворяет соотношению -dVm≤dVDC/dt≤dVm, а анодная индуктивность рассеяния соединена последовательно с конденсатором связи по постоянному току. Плечо переключателя содержит схему последовательного соединения, по меньшей мере, одного устройства запираемого вентиля и, по меньшей мере, одного обратного диода, а схема фиксации уровня содержит, по меньшей мере, один фиксирующий конденсатор, по меньшей мере, один фиксирующий диод и, по меньшей мере, одну схему сброса напряжения уровня фиксации, которая содержит, по меньшей мере, один резистор.According to the present invention, there is provided a high-power forced-switching inverter device having a maximum nominal output current I Rout , including at least one DC coupling capacitor, at least one anode dissipation inductance, at least one shoulder of the switch, at least one level locking circuit, and at least one block with a saturable core. The DC coupling capacitor has a ripple voltage characterized by a maximum value dV m of the absolute value of the slew rate dV DC / dt, which satisfies the relation -dV m ≤ dV DC / dt≤dV m , and the anode dissipation inductance is connected in series with the coupling coupling DC coupling . The switch arm comprises a series connection of at least one lockable valve device and at least one return diode, and the level locking circuit comprises at least one fixing capacitor, at least one fixing diode, and at least at least one voltage level latching circuit, which contains at least one resistor.

Устройство инвертора большой мощности с принудительной коммутацией отличается тем, что блок с насыщаемым сердечником имеет одну из линейной характеристики насыщения и плавной характеристики насыщения, каждая из которых имеет ток насыщения, равный Isat, и ток насыщения Isat установлен таким образом, что он является большим, чем ток смещения, созданный вследствие скорости нарастания dVm, при емкости C31, по меньшей мере, одного фиксирующего конденсатора, чтобы удовлетворялось соотношение из приведенного ниже уравнения:A forced-switching high-power inverter device is characterized in that the saturable core unit has one of the linear saturation characteristics and smooth saturation characteristics, each of which has a saturation current equal to I sat , and the saturation current I sat is set so that it is large than the bias current created due to the slew rate dV m , with a capacitance C 31 of at least one fixing capacitor, so that the relation from the equation below is satisfied:

IRout>Isat>C31×dVm I Rout > I sat > C 31 × dV m

Поскольку в вышеупомянутом устройстве инвертора большой мощности с принудительной коммутацией блок с насыщаемым сердечником используется в устройстве инвертора с принудительной коммутацией, которое имеет встроенное четко определенное исходное состояние и принудительное воздействие, то при реальном применении может быть реализовано четко определенное функционирование почти в любых условиях. Вследствие этого может быть реализовано надежное управление обратным током восстановления диода. Since in the aforementioned high-power forced-switching inverter device, a saturable core unit is used in a forced-switching inverter device that has a built-in clearly defined initial state and forced action, well-defined operation can be realized under actual use in almost any conditions. As a result, reliable control of the reverse recovery current of the diode can be realized.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

На чертеже Фиг. 1A изображена принципиальная электрическая схема, показывающая конфигурацию схемы прерывателя большой мощности с принудительной коммутацией согласно первому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.In the drawing of FIG. 1A is a circuit diagram showing a configuration of a circuit of a large power circuit breaker with a forced switching according to a first preferred embodiment of the present invention.

На чертеже Фиг. 1B изображена принципиальная электрическая схема, показывающая конфигурацию двухуровневого инвертора большой мощности с принудительной коммутацией согласно первому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.In the drawing of FIG. 1B is a circuit diagram showing a configuration of a two-level, high power, forced-switching inverter according to a first preferred embodiment of the present invention.

На чертеже Фиг. 1C изображена принципиальная электрическая схема, показывающая конфигурацию трехуровневого инвертора большой мощности с принудительной коммутацией согласно первому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.In the drawing of FIG. 1C is a circuit diagram showing a configuration of a three-level, high power, forced-commutated inverter according to a first preferred embodiment of the present invention.

На чертеже Фиг. 1D изображен график, показывающий электрическую характеристику интеграла напряжения по времени ∫Vdt от тока I каждого из блоков 5a, 5b и 5c с насыщаемыми сердечниками, показанных на чертежах Фиг. 1A, Фиг. 1B и Фиг. 1C, и показывающий их ток насыщения Isat.In the drawing of FIG. 1D is a graph showing the electrical characteristic of the voltage integral over time ∫Vdt versus current I of each of saturable core blocks 5a, 5b and 5c shown in the drawings of FIG. 1A, FIG. 1B and FIG. 1C, and their saturation current I sat .

На чертеже Фиг. 2A изображен график, показывающий электрическую характеристику интеграла напряжения по времени ∫Vdt от тока I для каждого из блоков 5a, 5b и 5c с насыщаемыми сердечниками, показанных на чертежах Фиг. 1A, Фиг. 1B и Фиг. 1C, наряду с определением интеграла их напряжения по времени при насыщении ∫Vdtsat, согласно второму предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.In the drawing of FIG. 2A is a graph showing the electrical characteristic of the voltage integral over time ∫Vdt versus current I for each of the saturable core units 5a, 5b and 5c shown in the drawings of FIG. 1A, FIG. 1B and FIG. 1C, along with the determination of the integral of their voltage over time at saturation ∫Vdt sat , according to a second preferred embodiment of the present invention.

На чертеже Фиг. 2B изображен график, показывающий зависимость между зарядом Qrr обратного восстановления и прямым током I, текущим в типичном высоковольтном кремниевом диоде большой мощности при повышенной температуре перехода.In the drawing of FIG. 2B is a graph showing the relationship between the reverse recovery charge Q rr and the forward current I flowing in a typical high-voltage high-power silicon diode at an elevated transition temperature.

На чертеже Фиг. 2C изображена временная диаграмма сигналов, показывающая (a) напряжения V5a и V5b блоков 5a и 5b с насыщаемым напряжением, (b) нормированный магнитный поток F5a и F5b в них и (c) напряжение V22 и ток I22 диода 22, для использования в двухуровневом инверторе большой мощности из Фиг. 1B в том случае, когда выходной ток Iout=100 A.In the drawing of FIG. 2C is a waveform diagram showing (a) voltages V 5a and V 5b of saturable voltage blocks 5a and 5b, (b) normalized magnetic flux F 5a and F 5b therein, and (c) voltage V 22 and current I 22 of diode 22 , for use in the two-level high power inverter of FIG. 1B in the case when the output current I out = 100 A.

На чертеже Фиг. 2D изображена временная диаграмма сигналов, показывающая (a) напряжения V5a и V5b блоков 5a и 5b с насыщаемым напряжением, (b) нормированный магнитный поток F5a и F5b в них и (c) напряжение V22 и ток I22 диода 22, для использования в двухуровневом инверторе большой мощности из Фиг. 1B в том случае, когда выходной ток Iout=400 A.In the drawing of FIG. 2D is a timing diagram of the signals showing (a) voltages V 5a and V 5b of saturable voltage blocks 5a and 5b, (b) normalized magnetic flux F 5a and F 5b in them, and (c) voltage V 22 and current I 22 of diode 22 , for use in the two-level high power inverter of FIG. 1B in the case when the output current I out = 400 A.

На чертеже Фиг. 2E изображена временная диаграмма сигналов, показывающая (a) напряжения V5a и V5b блоков 5a и 5b с насыщаемым напряжением, (b) нормированный магнитный поток F5a и F5b в них и (c) напряжение V22 и ток I22 диода 22, для использования в двухуровневом инверторе большой мощности из Фиг. 1B в том случае, когда выходной ток Iout=1000 A.In the drawing of FIG. 2E is a waveform diagram showing (a) voltages V 5a and V 5b of saturable voltage blocks 5a and 5b, (b) normalized magnetic flux F 5a and F 5b therein, and (c) voltage V 22 and current I 22 of diode 22 , for use in the two-level high power inverter of FIG. 1B in the case when the output current I out = 1000 A.

На чертеже Фиг. 2F изображена временная диаграмма сигналов, показывающая (a) напряжения V5a и V5b блоков 5a и 5b с насыщаемым напряжением, (b) нормированный магнитный поток F5a и F5b в них и (c) напряжение V22 и ток I22 диода 22, для использования в двухуровневом инверторе большой мощности из Фиг. 1B в том случае, когда выходной ток Iout=3000 A.In the drawing of FIG. 2F is a waveform diagram showing (a) voltages V 5a and V 5b of saturable voltage blocks 5a and 5b, (b) normalized magnetic flux F 5a and F 5b therein, and (c) voltage V 22 and current I 22 of diode 22 , for use in the two-level high power inverter of FIG. 1B in the case when the output current I out = 3000 A.

На чертеже Фиг. 2G изображена временная диаграмма сигналов, показывающая (a) напряжения V5a и V5b блоков 5a и 5b с насыщаемым напряжением, (b) нормированный магнитный поток F5a и F5b в них и (c) напряжение V22 и ток I22 диода 22, для использования в двухуровневом инверторе большой мощности из Фиг. 1B в том случае, когда выходной ток Iout=6000 A.In the drawing of FIG. 2G is a waveform diagram showing (a) voltages V 5a and V 5b of saturable voltage blocks 5a and 5b, (b) normalized magnetic flux F 5a and F 5b therein, and (c) voltage V 22 and current I 22 of diode 22 , for use in the two-level high power inverter of FIG. 1B in the case when the output current I out = 6000 A.

На чертеже Фиг. 2H изображен график, показывающий расчетную зависимость анодного напряжения от анодного тока диода 22 для каждого выключения, где параметром является выходной ток Iout.In the drawing of FIG. 2H is a graph showing the calculated dependence of the anode voltage on the anode current of the diode 22 for each shutdown, where the parameter is the output current I out .

На чертеже Фиг. 2I изображен график, показывающий расчетную зависимость мощности обратного восстановления от анодного напряжения на диоде 22, где параметром является выходной ток Iout.In the drawing of FIG. 2I is a graph showing a calculated dependence of reverse recovery power on the anode voltage of diode 22, where the parameter is the output current I out .

На чертеже Фиг. 2J изображен график, показывающий расчетную зависимость мощности обратного восстановления, вызывающей вредное воздействие, от выходного тока Iout диода 22 для различных конфигураций схемы и соответствующих установочных параметров интеграла напряжения по времени при насыщении ∫Vdtsat.In the drawing of FIG. 2J is a graph showing the calculated dependence of the reverse recovery power causing the harmful effect on the output current I out of diode 22 for various circuit configurations and the corresponding settings of the voltage integral over time at saturation ∫Vdt sat .

На чертеже Фиг. 3A изображена блок-схема, показывающая блок 5a с насыщаемым сердечником согласно третьему предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.In the drawing of FIG. 3A is a block diagram showing a saturable core unit 5a according to a third preferred embodiment of the present invention.

На чертеже Фиг. 3B на виде в перспективе показан внешний вид блока 5a с насыщаемым сердечником из Фиг. 3A.In the drawing of FIG. 3B is a perspective view showing the appearance of the saturable core unit 5a of FIG. 3A.

На чертеже Фиг. 4 изображена принципиальная электрическая схема, показывающая конфигурацию инвертора большой мощности с принудительной коммутацией согласно четвертому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.In the drawing of FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a high power inverter with forced switching according to a fourth preferred embodiment of the present invention.

На чертеже Фиг. 5A изображена принципиальная электрическая схема, показывающая конфигурацию блока 5a с насыщаемым сердечником, предназначенного для использования в инверторе большой мощности с принудительной коммутацией согласно пятому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.In the drawing of FIG. 5A is a circuit diagram showing a configuration of a saturable core unit 5a for use in a forced switching high power inverter according to a fifth preferred embodiment of the present invention.

На чертеже Фиг. 5B изображена первая часть временной диаграммы сигналов в несбалансированном случае, показывающая (a) ток I5a блока 5a с насыщаемым сердечником и (b) ток I71 индуктивности 71 из Фиг. 5A и нормированный магнитный поток F51 насыщаемого индуктора 51 из Фиг. 5A.In the drawing of FIG. 5B is a first portion of the signal timing diagram in the unbalanced case, showing (a) the current I 5a of the saturated core unit 5a and (b) the inductance current I 71 of 71 of FIG. 5A and normalized magnetic flux F 51 of saturable inductor 51 of FIG. 5A.

На чертеже Фиг. 5C изображена вторая часть временной диаграммы сигналов в несбалансированном случае, показывающая (a) ток I5a блока 5a с насыщаемым сердечником и (b) ток I71 индуктивности 71 из Фиг. 5A и нормированный магнитный поток F51 насыщаемого индуктора 51 из Фиг. 5A.In the drawing of FIG. 5C is a second portion of the signal timing diagram in the unbalanced case, showing (a) the current I 5a of the saturated core unit 5a and (b) the inductance current I 71 of 71 of FIG. 5A and normalized magnetic flux F 51 of saturable inductor 51 of FIG. 5A.

На чертеже Фиг. 5D изображена первая часть временной диаграммы сигналов в предпочтительном случае, показывающая (a) ток I5a блока 5a с насыщаемым сердечником и (b) ток I71 индуктивности 71 из Фиг. 5A и нормированный магнитный поток F51 насыщаемого индуктора 51 из Фиг. 5A.In the drawing of FIG. 5D is a first portion of the signal timing diagram, in the preferred case, showing (a) the current I 5a of the saturated core unit 5a and (b) the inductance current I 71 of 71 of FIG. 5A and normalized magnetic flux F 51 of saturable inductor 51 of FIG. 5A.

На чертеже Фиг. 5E изображена вторая часть временной диаграммы сигналов в предпочтительном случае, показывающая (a) ток I5a блока 5a с насыщаемым сердечником и (b) ток I71 индуктивности 71 из Фиг. 5A и нормированный магнитный поток F51 насыщаемого индуктора 51 из Фиг. 5A.In the drawing of FIG. 5E is a second portion of the signal timing diagram in the preferred case, showing (a) the current I 5a of the saturated core unit 5a and (b) the current I 71 of the inductance 71 of FIG. 5A and normalized magnetic flux F 51 of saturable inductor 51 of FIG. 5A.

На чертеже Фиг. 6A изображена принципиальная электрическая схема, показывающая конфигурацию инвертора большой мощности с принудительной коммутацией согласно шестому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.In the drawing of FIG. 6A is a circuit diagram showing a configuration of a high power inverter with forced switching according to a sixth preferred embodiment of the present invention.

На чертеже Фиг. 6B изображена временная диаграмма сигналов, показывающая напряжение V5a блока 5a с насыщаемым сердечником из Фиг. 6A, а также напряжение V22 и ток I22 диода 22 обратного тока из Фиг. 6A, когда схема 3 фиксации уровня содержит фиксирующий резистор 331 с типичной индуктивностью 331a рассеяния фиксирующего резистора, равной 1,5 мкГн (микрогенри).In the drawing of FIG. 6B is a waveform diagram showing the voltage V 5a of the saturated core unit 5a of FIG. 6A, as well as voltage V 22 and current I 22 of the reverse current diode 22 of FIG. 6A, when the level locking circuit 3 comprises a clamping resistor 331 with a typical scattering inductance 331a of a clamping resistor of 1.5 μH (microgenry).

На чертеже Фиг. 6C изображена временная диаграмма сигналов, показывающая напряжение V5a блока 5a с насыщаемым сердечником из Фиг. 6A, а также напряжение V22 и ток I22 диода 22 обратного тока из Фиг. 6A, когда непосредственно в самом начале происходит усиление обратного тока восстановления диода, а позже к индуктивности рассеяния фиксирующего резистора 331a добавлено демпфирование.In the drawing of FIG. 6C is a waveform diagram showing the voltage V 5a of the saturated core block 5a of FIG. 6A, as well as voltage V 22 and current I 22 of the reverse current diode 22 of FIG. 6A, when the reverse recovery current of the diode is amplified immediately at the very beginning, and damping is added to the dissipation inductance of the fixing resistor 331a.

На чертеже Фиг. 7A изображена принципиальная электрическая схема, показывающая конфигурацию инвертора большой мощности с принудительной коммутацией согласно седьмому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.In the drawing of FIG. 7A is a circuit diagram showing a configuration of a high power, high power inverter according to a seventh preferred embodiment of the present invention.

На чертеже Фиг. 7B изображена временная диаграмма сигналов в случае без какого-либо сердечника 336, вызывающего задержку, показывающая напряжение V5a блока 5a с насыщаемым сердечником, напряжение V5b блока 5b с насыщаемым сердечником, напряжение V22 и ток I22 диода 22 обратного тока, и ток I33 схемы 33 сброса напряжения уровня фиксации.In the drawing of FIG. 7B is a timing diagram of signals in the case without any delay causing core 336, showing voltage V 5a of the saturated core unit 5a, voltage V 5b of the saturated core unit 5b, voltage V 22 and current I 22 of the reverse current diode 22, and current I 33 circuit 33 reset voltage level fixation.

На чертеже Фиг. 7C изображена временная диаграмма сигналов в случае с наличием сердечника 336, вызывающего задержку, показывающая напряжение V5a блока 5a с насыщаемым сердечником, напряжение V5b блока 5b с насыщаемым сердечником, напряжение V22 и ток I22 диода 22 обратного тока, и ток I33 схемы 33 сброса напряжения уровня фиксации.In the drawing of FIG. 7C is a timing diagram of signals in the case of a delay causing core 336 showing the voltage V 5a of the saturated core unit 5a, voltage V 5b of the saturated core unit 5b, voltage V 22 and current I 22 of the reverse current diode 22, and current I 33 circuit 33 reset voltage level fixation.

НАИЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯBEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

Ниже приведено описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения со ссылкой на приложенные чертежи. Аналогичные друг другу компоненты или элементы обозначены одинаковыми номерами позиций.The following is a description of preferred embodiments of the invention with reference to the attached drawings. Similar components or elements are denoted by the same reference numbers.

ПЕРВЫЙ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯFIRST PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION

На чертеже Фиг. 1A показана конфигурация схемы прерывателя большой мощности с принудительной коммутацией согласно первому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения. На чертеже Фиг. 1B показана конфигурация двухуровневого инвертора большой мощности с принудительной коммутацией согласно первому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения. На чертеже Фиг. 1C показана конфигурация трехуровневого инвертора большой мощности с принудительной коммутацией согласно первому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, а на чертеже Фиг. 1D показана электрическая характеристика интеграла напряжения по времени ∫Vdt от тока I для каждого из блоков 5a, 5b и 5c с насыщаемыми сердечниками, показанных на Фиг. 1A, Фиг. 1B и Фиг. 1C, и показан их ток насыщения Isat.In the drawing of FIG. 1A shows a configuration of a circuit of a large power circuit breaker according to a first preferred embodiment of the present invention. In the drawing of FIG. 1B shows a configuration of a two-level, high power, forced switching inverter according to a first preferred embodiment of the present invention. In the drawing of FIG. 1C shows a configuration of a three-level, high power, forced-switching inverter according to a first preferred embodiment of the present invention, and FIG. 1D shows the electrical characteristic of the voltage integral over time ∫Vdt versus current I for each of the saturable core blocks 5a, 5b and 5c shown in FIG. 1A, FIG. 1B and FIG. 1C, and their saturation current I sat is shown.

СХЕМА ПРЕРЫВАТЕЛЯCIRCUIT DIAGRAM

Со ссылкой на Фиг. 1A, схема прерывателя согласно данному предпочтительному варианту осуществления изобретения имеет входные клеммы T1 и T2 и выходную клемму T11. Схема прерывателя содержит конденсатор 11 связи по постоянному току, плечо 2 переключателя, схему 3 фиксации уровня, анодный индуктор 41 рассеяния, блок 5a с насыщаемым сердечником и контроллер 91. Плечо 2 переключателя содержит последовательную схему устройства 21 запираемого вентиля, которым является, например, вентиль, коммутируемый по управляющему электроду (GCT), транзистор с изолированным затвором и увеличенной инжекцией (IEGT) или биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT), и обратный диод 22. Схема 3 фиксации уровня содержит фиксирующий конденсатор 31, фиксирующий диод 32 и схему 33 сброса напряжения уровня фиксации, которая содержит фиксирующий резистор 331. Контроллер 91 периодически генерирует и выводит сигнал напряжения для управления затвором на вентиль устройства 21, запираемого вентиля.With reference to FIG. 1A, a chopper circuit according to this preferred embodiment of the invention has input terminals T1 and T2 and an output terminal T11. The chopper circuit includes a DC coupling capacitor 11, a switch arm 2, a level fixing circuit 3, a scattering anode inductor 41, a saturable core unit 5a, and a controller 91. The switch arm 2 comprises a series circuit of a shut-off valve device 21, which is, for example, a valve commutated by a control electrode (GCT), transistor with an insulated gate and increased injection (IEGT) or a bipolar transistor with an insulated gate (IGBT), and a reverse diode 22. The circuit 3 of the level lock contains a fixed a capacitor 31, a clamping diode 32, and a clamp level reset circuit 33, which includes a clamping resistor 331. The controller 91 periodically generates and outputs a voltage signal for controlling the gate to the valve of the device 21, the shutoff valve.

В схеме прерывателя между входными клеммами T1 и T2 подключен конденсатор 11 связи по постоянному току. Входная клемма T1 соединена через анодную индуктивность 41 рассеяния с одним концом плеча 2 переключателя и с одним концом схемы 3 фиксации уровня. С другой стороны, входная клемма T2 соединена через блок 5a с насыщаемым сердечником с другим концом плеча 2 переключателя и с другим концом схемы 3 фиксации уровня.In the chopper circuit, a DC coupling capacitor 11 is connected between the input terminals T1 and T2. The input terminal T1 is connected via an anode leakage inductance 41 to one end of the switch arm 2 and to one end of the level fixing circuit 3. On the other hand, the input terminal T2 is connected via a saturable core unit 5a to the other end of the switch arm 2 and to the other end of the level locking circuit 3.

В этом случае блок 5a с насыщаемым сердечником может управлять обратным током восстановления, текущим из обратного диода 22 в конденсатор 11 связи по постоянному току. Анодная индуктивность 41 рассеяния может представлять собой отдельный элемент, который предназначен для ограничения тока, текущего из конденсатора 11 связи по постоянному току через устройство 21, запираемого вентиля, обратный диод 22 и блок 5a с насыщаемым сердечником. Однако анодная индуктивность 41 рассеяния может также быть уменьшена до очень низкого значения индуктивности рассеяния шины.In this case, the saturated core unit 5a can control the reverse recovery current flowing from the return diode 22 to the DC coupling capacitor 11. The dissipation anode inductance 41 may be a separate element that is designed to limit the current flowing from the DC coupling capacitor 11 through the device 21, a shut-off valve, a return diode 22, and a saturated core unit 5a. However, the anode dissipation inductance 41 can also be reduced to a very low value of the dissipation inductance of the bus.

Ниже приведено описание функционирования схемы прерывателя.The following is a description of the operation of the circuit breaker.

Состояние 1: Устройство 21 запираемого вентиля находится в открытом состоянии State 1: Lockable valve device 21 is open

Когда устройство 21 запираемого вентиля находится в открытом состоянии, ток нагрузки течет из входной клеммы T1, которую именуют "клеммой P (положительной клеммой)", через анодную индуктивность 41 рассеяния и устройство 21 запираемого вентиля к выходной клемме T11. В таком случае обратный диод 22 является запертым. В зависимости от заряда в фиксирующем конденсаторе 31 ток может вытекать из анодной индуктивности 41 рассеяния через фиксирующий конденсатор 31, затем через схему параллельного соединения фиксирующего диода 32 и схему 33 сброса напряжения уровня фиксации и далее через блок 5a с насыщаемым сердечником к входной клемме T2, которую именуют "клеммой N (Отрицательной клеммой)", до тех пор, пока напряжение на фиксирующем конденсаторе 31 не станет равным напряжению на конденсаторе 11 связи по постоянному току. После этого напряжение на блоке 5a с насыщаемым сердечником становится равным нулю, и протекание тока прекращается. Согласно Фиг. 1D, блок 5a с насыщаемым сердечником достигает близкое к центру положение его характеристики, показанной на Фиг. 1D, соответствующей так называемой кривой намагничивания. Таким образом, достигнут полный сброс блока 5a с насыщаемым сердечником и фиксирующего конденсатора 31 в исходное состояние.When the shut-off valve device 21 is in the open state, a load current flows from the input terminal T1, which is referred to as the “P terminal (positive terminal)”, through the anode leakage inductance 41 and the shut-off valve device 21 to the output terminal T11. In this case, the reverse diode 22 is locked. Depending on the charge in the fixing capacitor 31, current can flow out from the dissipation anode inductance 41 through the fixing capacitor 31, then through the parallel connection circuit of the fixing diode 32 and the fixing level voltage reset circuit 33, and then through the saturated core block 5a to the input terminal T2, which referred to as “terminal N (Negative terminal)” until the voltage across the latch capacitor 31 is equal to the voltage across the DC coupling capacitor 11. After that, the voltage at the saturable core unit 5a becomes equal to zero, and the current flow stops. According to FIG. 1D, the saturable core unit 5a reaches a near-center position of its characteristic shown in FIG. 1D corresponding to the so-called magnetization curve. Thus, a complete reset of the saturable core unit 5a and the fixing capacitor 31 to the initial state is achieved.

Состояние 2: запирание устройства 21 запираемого вентиляState 2: locking device 21 lockable valve

Когда происходит запирание устройства 21 запираемого вентиля, то на его выводах появится некоторое избыточное напряжение вследствие анодной индуктивности 41 рассеяния. Схема 3 фиксации уровня тесно связана проводным соединением со схемой, имеющей малую паразитную индуктивность, например 200 нГн (наногенри) или 400 нГн. В таком случае ток, вытекающий из устройства 21 запираемого вентиля, будет скоммутирован в схему 3 фиксации уровня, где тот же самый ток, в основном, течет в фиксирующем конденсаторе 31 и в фиксирующем диоде 32. Затем, тот же самый ток течет в обратном диоде 22 и выводится через выходную клемму T11.When the locking device 21 of the lockable valve is locked, some excess voltage will appear on its terminals due to the anode inductance 41 of the dissipation. The level fixing circuit 3 is closely connected by a wire connection to a circuit having a small parasitic inductance, for example 200 nH (nanogenry) or 400 nH. In this case, the current flowing out of the lockable valve device 21 will be switched into a level lock circuit 3, where the same current mainly flows in the clamp capacitor 31 and in the clamp diode 32. Then, the same current flows in the return diode 22 and is output through the output terminal T11.

Состояние 3: устойчивое состояние при запирании устройства 21 запираемого вентиляState 3: steady state when locking device 21 lockable valve

По мере того как продолжает течь выходной ток Iout, происходит зарядка фиксирующего конденсатора 31 до более высокого уровня, вызывая возникновение отрицательного потенциала на выходной клемме T11. Соответственно, блок 5a с насыщаемым сердечником принимает и накапливает то же самое напряжение, создавая интеграл напряжения по времени ∫Vdt, и это приводит к проводимому току согласно Фиг. 1D. Если выходной ток Iout нагрузки является большим, чем ток насыщения Isat блока 5a с насыщаемым сердечником, как показано на Фиг. 1D, то блок 5a с насыщаемым сердечником входит в состояние насыщения и переключает напряжение на его клеммах таким образом, что оно становится равным нулю. Если Iout<Isat, то блок 5a с насыщаемым сердечником остается в линейной и ненасыщенной области характеристики из Фиг. 1D и проявляет эквивалентную индуктивность в качестве своей схемы, но также уменьшает напряжение на свои клеммах до нуля, сохраняя значение интеграла напряжения по времени ∫Vdt равным значению в состоянии равновесия. As the output current I out continues to flow, the fixing capacitor 31 is charged to a higher level, causing a negative potential to occur at the output terminal T11. Accordingly, the saturable core unit 5a receives and accumulates the same voltage, creating a voltage integral времениVdt over time, and this leads to a conducted current according to FIG. 1D. If the output current I out of the load is greater than the saturation current I sat of the saturable core unit 5a, as shown in FIG. 1D, then the saturable core unit 5a enters the saturation state and switches the voltage at its terminals so that it becomes zero. If I out <I sat , then the saturable core unit 5a remains in the linear and unsaturated region of the characteristic of FIG. 1D and exhibits equivalent inductance as its circuit, but also reduces the voltage at its terminals to zero, keeping the value of the voltage integral over time ∫Vdt equal to the value in equilibrium.

Состояние 4: включение устройства 21 запираемого вентиляState 4: turning on the lockable valve device 21

После включения устройства 21 запираемого вентиля ток Iout снова будет скоммутирован на входную клемму T1. Обратный диод 22 принимает обратное смещение и, следовательно, течет обратный ток восстановления. Это приводит к тому, что направление тока в блоке 5a с насыщаемым сердечником становится обратным и, согласно Фиг. 1D, возникает напряжение на его клеммах. Это приводит к протеканию индуктивного тока в блоке 5a с насыщаемым сердечником до тех пор, пока не будет достигнуто противоположное насыщение. Вследствие этого, такой ток будет иметь почти постоянную малую величину dI/dt, определяемую эквивалентной индуктивностью Lequ блока 5a с насыщаемым сердечником в ненасыщенной области характеристики из Фиг. 1D.After turning on the shut-off valve device 21, the current I out will again be connected to the input terminal T1. The reverse diode 22 receives a reverse bias and, therefore, the reverse recovery current flows. This causes the current direction in the saturable core block 5a to become reverse and, according to FIG. 1D, voltage appears at its terminals. This causes an inductive current to flow in the saturable core unit 5a until the opposite saturation is achieved. As a result of this, such a current will have an almost constant small value dI / dt determined by the equivalent inductance L equ of the saturated core unit 5a in the unsaturated region of the characteristic of FIG. 1D.

В отличие от такой эквивалентной индуктивности схема 3 фиксации уровня непосредственно подает изменение тока в плечо 2 переключателя с высоким значением dI/dt. Это приводит к извлечению носителей заряда из обратного диода 22, который затем получает обратное смещение. В этом случае нагрузочную характеристику обратного восстановления для обратного диода 22, главным образом, определяет схема 33 сброса напряжения уровня фиксации. Следовательно, за счет того что в схеме 3 фиксации уровня предусмотрено наличие чисто фиксирующего резистора 331, в обратном диоде 22 получено состояние резистивной нагрузки при обратном восстановлении.In contrast to such equivalent inductance, the level locking circuit 3 directly delivers a current change to the arm 2 of the switch with a high dI / dt value. This leads to the removal of charge carriers from the reverse diode 22, which then receives a reverse bias. In this case, the load recovery characteristic of the reverse recovery for the reverse diode 22, mainly determines the circuit 33 reset voltage level fixation. Therefore, due to the fact that the level fixing circuit 3 provides for the presence of a purely fixing resistor 331, the state of the resistive load during reverse recovery is obtained in the return diode 22.

Во время этого промежутка времени обратного восстановления блоком 5a с насыщаемым сердечником накоплен некоторый интеграл напряжения по времени ∫Vdt, и, согласно Фиг. 1D, он создает некоторый ток. Когда прекращается протекание обратного тока восстановления, то блок 5a с насыщаемым сердечником сбрасывает заряд фиксирующего конденсатора 31 и возвращается в состояние, соответствующее почти центру характеристики насыщения из Фиг. 1D.During this reverse recovery time period, a saturable core unit 5a accumulates some time integral напряженияVdt over time, and, according to FIG. 1D, it creates some current. When the reverse recovery current flows, the saturable core unit 5a drops the charge of the fixing capacitor 31 and returns to a state corresponding to almost the center of the saturation characteristic of FIG. 1D.

ДВУХУРОВНЕВЫЙ ИНВЕРТОРTWO-LEVEL INVERTER

Со ссылкой на Фиг. 1B, двухуровневый инвертор с принудительной коммутацией помимо компонент, показанных на Фиг. 1A, дополнительно содержит следующие компоненты: With reference to FIG. 1B, a two-level inverter with forced switching in addition to the components shown in FIG. 1A further comprises the following components:

(a) устройство 23 запираемого вентиля, которое подключено параллельно обратному диоду 22, (a) a lock valve device 23 that is connected in parallel with the return diode 22,

(b) обратный диод 24, который подключен параллельно устройству 21 запираемого вентиля, (b) a reverse diode 24, which is connected in parallel with the device 21 of the shut-off valve,

(c) блок 5b с насыщаемым сердечником, имеющий характеристику, подобную характеристике блока 5a с насыщаемым сердечником, который введен между входной клеммой T1 и анодной индуктивностью 41 рассеяния, и(c) a saturable core block 5b having a characteristic similar to that of a saturable core block 5a that is inserted between the input terminal T1 and the diffuse anode inductance 41, and

(d) контроллер 92, который генерирует и выводит сигналы напряжения для управления вентилем, подаваемые, соответственно, на вентили устройств 21 и 23 запираемого вентиля, для попеременного запирания устройств 21 и 23 запираемого вентиля.(d) a controller 92, which generates and outputs voltage signals for controlling the valve, respectively supplied to the valves of the shut-off valve devices 21 and 23, for alternately locking the shut-off valve devices 21 and 23.

В этом случае вместо плеча 2 переключателя из Фиг. 1A предусмотрено наличие плеча 2b переключателя, содержащего два диода 22 и 24. Управление частью обратного тока восстановления каждого из обратных диодов 22 и 24, исходящего из конденсатора 11 связи по постоянному току, обеспечивает, по меньшей мере, один из блоков 5a и 5b с насыщаемым сердечником. Как показано на Фиг. 1B, схема двухуровневого инвертора выполнена симметричной, та же самая схема может принимать положительный ток нагрузки, выходящий во внешнюю схему, и может принимать отрицательный ток нагрузки, который течет во внутреннюю схему. Функционирование двухуровневого инвертора очень сходно с функционированием, объяснение которого приведено применительно к схеме прерывателя из Фиг. 1A, для обоих направлений тока нагрузки, за исключением одного отличия, объяснение которого приведено ниже для положительного тока нагрузки.In this case, instead of the switch arm 2 of FIG. 1A, a switch arm 2b is provided, comprising two diodes 22 and 24. Controlling a portion of the reverse recovery current of each of the return diodes 22 and 24 coming from the DC coupling capacitor 11 provides at least one of the saturable blocks 5a and 5b the core. As shown in FIG. 1B, the two-level inverter circuit is symmetrical, the same circuit may receive a positive load current output to the external circuit, and may receive a negative load current that flows to the internal circuit. The operation of a two-level inverter is very similar to the operation, the explanation of which is given in relation to the circuit breaker of FIG. 1A, for both directions of the load current, with one exception, the explanation of which is given below for the positive load current.

Когда устройство 21 запираемого вентиля переводят в открытое состояние, то питание на его анод не поступает непосредственно из конденсатора 11 связи по постоянному току через анодную индуктивность 41 рассеяния подобно тому, как это происходит в прерывателе, показанном на Фиг. 1A. Вместо этого к этой линии подключен блок 5b с насыщаемым сердечником, и он находится в центральном положении характеристики блока 5b с насыщаемым сердечником, показанной на Фиг. 1D, поскольку перед этим моментом ток отсутствовал. Вследствие этого, устройство 21 запираемого вентиля, в основном, проводит ток, исходящий из схемы 3 фиксации уровня, до тех пор, пока не произойдет насыщение блока 5b с насыщаемым сердечником, вследствие чего происходит соединение устройства 21 запираемого вентиля с конденсатором 11 связи по постоянному току.When the shut-off valve device 21 is brought into the open state, the power to its anode does not come directly from the DC coupling capacitor 11 through the dissipation anode inductance 41, similar to what happens in the chopper shown in FIG. 1A. Instead, a saturable core block 5b is connected to this line, and it is in the central position of the characteristic of the saturable core block 5b shown in FIG. 1D, because before this moment there was no current. As a result of this, the lock valve device 21 mainly conducts the current coming from the level fixing circuit 3 until the saturable core unit 5b is saturated, whereby the lock valve device 21 is connected to the DC coupling capacitor 11 .

ТРЕХУРОВНЕВЫЙ ИНВЕРТОР THREE-LEVEL INVERTER

Со ссылкой на Фиг. 1C, трехуровневый инвертор с принудительной коммутацией содержит плечо 2c переключателя вместо плеча 2b переключателя из Фиг. 1B и дополнительно содержит входную клемму T3, блок 5c с насыщаемым сердечником, схему 6 фиксации уровня и анодную индуктивность 42 рассеяния в дополнение к тем элементам, которые показаны на Фиг. 1B. Кроме того, трехуровневый инвертор с принудительной коммутацией содержит контроллер 93, предназначенный для управления устройствами 21, 23, 25 и 27 запираемого вентиля вместо контроллера 92 из Фиг. 1B. Как показано на Фиг. 1C, конденсатор 11 связи по постоянному току подключен между входными клеммами T1 и T3, а конденсатор 12 связи по постоянному току подключен между входными клеммами T2 и T3. Входная клемма T3 соединена через блок 5a с насыщаемым сердечником со схемами 3 и 6 фиксации уровня и с плечом 2c переключателя. Входная клемма T2 соединена через блок 5c с насыщаемым сердечником с плечом 2c переключателя. Схема 6 фиксации уровня содержит фиксирующий конденсатор 61, фиксирующий диод 62 и схему 63 сброса напряжения уровня фиксации, содержащую резистор 631.With reference to FIG. 1C, a three-level forced-switching inverter comprises a switch arm 2c instead of the switch arm 2b of FIG. 1B and further comprises an input terminal T3, a saturable core unit 5c, a level fixing circuit 6, and a dissipation anode inductance 42 in addition to those elements shown in FIG. 1B. In addition, the three-level inverter with forced switching contains a controller 93, designed to control devices 21, 23, 25 and 27 of the shut-off valve instead of the controller 92 of FIG. 1B. As shown in FIG. 1C, a DC coupling capacitor 11 is connected between the input terminals T1 and T3, and a DC coupling capacitor 12 is connected between the input terminals T2 and T3. The input terminal T3 is connected via a saturable core unit 5a to level lock circuits 3 and 6 and to the switch arm 2c. The input terminal T2 is connected via a saturable core block 5c to the switch arm 2c. The level fixing circuit 6 includes a fixing capacitor 61, a fixing diode 62, and a fixing level voltage reset circuit 63 containing a resistor 631.

Плечо 2c переключателя содержит не только четыре диода 21, 23, 25 и 27 для запирания вентиля, но также и шесть обратных диодов 22, 24, 26, 28, 291 и 292 для использования в типичном трехуровневом инверторе, а именно они включают в себя обратный диод 22, обратный диод 24, обратный диод 26, обратный диод 28, обратный диод 291 нулевой точки и обратный диод 292 нулевой точки. Среди этих обратных диодов 22, 24, 26, 28, 291 и 292 два обратных диода 22 и 28 не получают обратного тока восстановления в инверторе. Другие четыре обратных диода 24, 26, 291 и 292 могут получать обратный ток восстановления, по меньшей мере, из одного из конденсаторов 11 и 12 связи по постоянному току.The switch arm 2c contains not only four diodes 21, 23, 25 and 27 for locking the valve, but also six reverse diodes 22, 24, 26, 28, 291 and 292 for use in a typical three-level inverter, namely they include a reverse diode 22, reverse diode 24, reverse diode 26, reverse diode 28, reverse zero point diode 291, and reverse zero point diode 292. Among these reverse diodes 22, 24, 26, 28, 291 and 292, two reverse diodes 22 and 28 do not receive reverse recovery current in the inverter. The other four reverse diodes 24, 26, 291 and 292 can receive reverse recovery current from at least one of the DC coupling capacitors 11 and 12.

Такой обратный ток восстановления будет течь по линии P через входную клемму T1 тогда, когда обратный диод 24 получает обратный ток восстановления, течь по линии C через входную клемму T3 тогда, когда обратный диод 291 нулевой точки или обратный диод 292 нулевой точки получают обратный ток восстановления, или течь по линии N тогда, когда обратный диод 26 получает обратный ток восстановления. Вследствие этого, в каждой из этих линий P, C и N расположен, по меньшей мере, один из блоков 5a, 5b и 5c с насыщаемым сердечником. Трехуровневый инвертор из Фиг. 1C функционирует аналогично функционированию двухуровневого инвертора из Фиг. 1B.Such reverse recovery current will flow through line P through input terminal T1 when reverse diode 24 receives reverse recovery current, flow through line C through input terminal T3 when reverse zero diode 291 or reverse zero diode 292 receive reverse recovery current , or flow along the N line when the reverse diode 26 receives the reverse recovery current. As a consequence, at least one of the saturable core blocks 5a, 5b, and 5c is located in each of these lines P, C, and N. The three-level inverter of FIG. 1C operates similarly to the two-level inverter of FIG. 1B.

ДРУГИЕ МНОГОУРОВНЕВЫЕ ИНВЕРТОРЫOTHER MULTI-LEVEL INVERS

На чертежах Фиг. 1A, Фиг. 1B и Фиг. 1C показаны наиболее широко используемые инверторы большой мощности с принудительной коммутацией, однако настоящее изобретение не ограничено ими. Могут быть предусмотрены другие многоуровневые инверторы, содержащие те же самые блоки 5a, 5b и 5c с насыщаемым сердечником.In the drawings of FIG. 1A, FIG. 1B and FIG. 1C illustrates the most widely used high power forced-switching inverters, but the present invention is not limited to them. Other multilevel inverters may be provided comprising the same saturable core units 5a, 5b and 5c.

ВОЗНИКНОВЕНИЕ ОПАСНОГО ВРЕДНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ДИОД ДЛЯ ПОНИМАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИКИ НА НИЖНЕМ ПРЕДЕЛЕ ТОКА НАСЫЩЕНИЯ Isat RISK OF HAZARDOUS INFLUENCE ON THE DIODE TO UNDERSTAND THE CHARACTERISTIC AT THE LOWER LIMIT OF THE SATURATION CURRENT I sat

Однако обратные диоды 24 и 26 и/или обратные диоды 291 и 292 нулевой точки могут подвергаться опасному вредному воздействию при обратном восстановлении, если блоки 5a, 5b и/или 5c с насыщаемым сердечником не находятся в правильном состоянии насыщения до включения устройства 21, 23, 25, и 27 запираемого вентиля. Такое неправильное состояние намагниченности может возникать вследствие тока, текущего в блоках 5a, 5b и/или 5c с насыщаемым сердечником, вызванного сбросом фиксирующего конденсатора 31 или 61.However, the reverse diodes 24 and 26 and / or the reverse zero point diodes 291 and 292 can be exposed to dangerous harmful effects during reverse recovery if the saturated core units 5a, 5b and / or 5c are not in the correct saturation state before turning on the device 21, 23, 25, and 27 of the lockable valve. Such an incorrect magnetization state may occur due to the current flowing in the saturable core blocks 5a, 5b and / or 5c caused by the reset of the fixing capacitor 31 or 61.

Неправильное состояние насыщения также может являться результатом тока смещения, текущего к фиксирующему конденсатору 31, имеющему емкость C31, или к фиксирующему конденсатору 61, имеющему емкость C61. Такой ток смещения возникает вследствие изменения напряжения на конденсаторе 11 или 12 связи по постоянному току. Максимальное значение такого тока вычисляют согласно уравнению Idis=C31×dVm или Idis=C61×dVm, где dVm обозначает максимальное значение абсолютной величины скорости нарастания напряжения на конденсаторе 11 связи по постоянному току или на конденсаторе 12 связи по постоянному току. Следовательно, скорость нарастания dVm удовлетворяет следующему соотношению -dVm≤dVDC/dt≤dVm, где dVDC/dt - скорость нарастания напряжения на конденсаторе 11 или 12 связи по постоянному току.The abnormal saturation state may also result from a bias current flowing to the clamp capacitor 31 having a capacitance C 31 , or to the clamp capacitor 61 having a capacitance C 61 . Such a bias current occurs due to a change in voltage across the DC coupling capacitor 11 or 12. The maximum value of this current is calculated according to the equation I dis = C 31 × dV m or I dis = C 61 × dV m , where dV m denotes the maximum value of the absolute value of the voltage rise rate on the coupling capacitor 11 for direct current or on the capacitor 12 for coupling constant current. Therefore, the slew rate dV m satisfies the following relation -dV m ≤dV DC / dt≤dV m , where dV DC / dt is the slew rate of the voltage across the DC coupling capacitor 11 or 12.

По существу, кажется, там отсутствуют какие-либо средства предотвращения того, что такой ток смещения может влиять на состояние насыщения блока 5a, 5b или 5c с насыщаемым сердечником. Однако необходимо удостовериться, что блок с сердечником не будет приближаться к неподходящему состоянию насыщения. Вследствие этого, необходима характеристика с самовозвратом, которая может возвращать состояние насыщения в четко определенное безопасное положение при всех обстоятельствах.Essentially, it seems that there is no way to prevent such a bias current from affecting the saturation state of the saturated core unit 5a, 5b, or 5c. However, you must make sure that the core block will not approach an unsatisfactory saturation state. Because of this, a self-returning characteristic is needed that can return a saturation state to a well-defined safe position under all circumstances.

Такая характеристика с возвратом отсутствует в характеристике сердечника из известного уровня техники, которая может обеспечивать только одно устойчивое состояние насыщения в любом крайнем положении. Вместо этого должна быть обеспечена линейная область, показанная на Фиг. 1D, или, по меньшей мере, криволинейная, гладкая область между предельными значениями насыщения для определения уровня возврата непосредственно между обоими предельными значениями насыщения.Such a return characteristic is absent in the core characteristic of the prior art, which can provide only one stable saturation state in any extreme position. Instead, the linear region shown in FIG. 1D, or at least a curved, smooth region between saturation limit values to determine the return level directly between both saturation limit values.

Кроме того, сброс напряжения фиксирующего конденсатора и передача любого тока смещения должны выполняться таким образом, чтобы добиться достаточного расстояния до насыщения, когда включено одно из устройств 21, 23, 25 или 27 запираемого вентиля. Следовательно, ток насыщения Isat должен быть выбран, по меньшей мере, таким образом, чтобы он был большим, чем максимальное значение всех таких токов смещения, текущих в блоке 5a, 5b или 5c с насыщаемым сердечником, удовлетворяя следующему соотношению: Isat>Idis=C31×dVm или Isat>Idis=C61×dVm.In addition, the reset of the voltage of the fixing capacitor and the transfer of any bias current must be performed in such a way as to achieve a sufficient distance to saturation when one of the devices 21, 23, 25, or 27 of the shut-off valve is turned on. Therefore, the saturation current I sat must be selected at least so that it is greater than the maximum value of all such bias currents flowing in the saturated core block 5a, 5b or 5c, satisfying the following relation: Isat> I dis = C 31 × dV m or I sat > I dis = C 61 × dV m .

Кроме того, очевидно, что предпочтительным является, когда блок 5a, 5b или 5c с насыщаемым сердечником будет сохранять, по меньшей мере, 75% своей номинальной способности развязки, когда он испытывает наиболее сильную токовую нагрузку, равную Idis=C31×dVm или Idis=C61×dVm. Вследствие этого должно быть задано следующее уравнение:In addition, it is obvious that it is preferable when the saturable core unit 5a, 5b or 5c retains at least 75% of its rated isolation capacity when it experiences the strongest current load equal to I dis = C 31 × dVm or I dis = C 61 × dV m . As a result of this, the following equation must be specified:

Isat>4×Idis=4×C31×dVm, или I sat > 4 × I dis = 4 × C 31 × dV m , or

Isat>4×Idis=4×C61×dVm Isat> 4 × I dis = 4 × C 61 × dV m

ПОНИМАНИЕ ВЕРХНЕГО ПРЕДЕЛА ДЛЯ ТОКА НАСЫЩЕНИЯ Isat UNDERSTANDING THE TOP LIMIT FOR A SATURATION CURRENT I sat

По существу, объясненные выше условия могут быть легко удовлетворены путем выбора очень высокого значения для тока насыщения Isat. Однако блок 5a, 5b или 5c с насыщаемым сердечником будет сохранять энергию E в ненасыщенном состоянии точно таким же образом, как это делает линейный индуктор. Если такое ненасыщенное состояние демонстрирует чисто линейную характеристику, то такая энергия E может быть вычислена согласно следующему уравнению:Essentially, the conditions explained above can be easily satisfied by choosing a very high value for the saturation current I sat . However, a saturable core unit 5a, 5b, or 5c will store energy E in an unsaturated state in exactly the same way as a linear inductor does. If such an unsaturated state exhibits a purely linear characteristic, then such energy E can be calculated according to the following equation:

E=1/2×Lequ×I2,E = 1/2 × L equ × I 2 ,

где Lequ обозначает эквивалентную индуктивность блока 5a, 5b или 5c с насыщаемым сердечником, которая равна Lequ=V/(dI/dt)=∫Vdtsat/I в таком линейном режиме. Когда достигнуто насыщение, то энергия, накопленная на этот момент времени, оказывается захваченной. В таком случае эта величина энергии Esat становится равной Esat=1/2×Lequ×Isat2. Она высвобождается в электрическую схему тогда, когда впоследствии блок с сердечником снова выводят из этого состояния насыщения.where L equ denotes the equivalent inductance of a saturable core block 5a, 5b or 5c, which is L equ = V / (dI / dt) = ∫ Vdt sat / I in such a linear mode. When saturation is reached, the energy accumulated at this point in time is captured. In this case, this energy value E sat becomes equal to Esat = 1/2 × L equ × I sat 2 . It is released into the circuitry when subsequently the core unit is again taken out of this saturation state.

Поскольку, как установлено, одним из основных недостатков из известного уровня техники является большое количество накопленной энергии, то для обеспечения низких потерь инвертора требуется малое количество накопленной энергии. Вследствие этого, обязательным условием является установка малой величины тока насыщения Isat. Она должна быть установлена меньшей, чем максимальный номинальный выходной ток IRout, для достижения состояния насыщения при любых обстоятельствах следующим образом: 0<Isat<IRout. Кроме того, для достижения низкого уровня накопленной энергии очень предпочтительным является уровень ниже 20% от максимального номинального выходного тока, чтобы выполнялось приведенное ниже неравенство:Since it has been established that one of the main disadvantages of the prior art is the large amount of stored energy, a low amount of stored energy is required to ensure low inverter losses. As a consequence, a prerequisite is to set a small value of the saturation current I sat . It must be set lower than the maximum rated output current I Rout in order to achieve a saturation state under any circumstances as follows: 0 <I sat <I Rout . In addition, to achieve a low level of stored energy, it is highly preferable that the level is below 20% of the maximum rated output current, so that the following inequality holds:

0<Isat<IRout/50 <I sat <I Rout / 5

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТАCALCULATION EXAMPLES

Наконец, будут приведены примеры расчета на основании значений, полученных на практике, которые изложены ниже.Finally, examples of calculation based on the values obtained in practice, which are described below, will be given.

Инвертор большой мощности имеет максимальный номинальный выходной ток IRout=6000 A, номинальное напряжение связи по постоянному току VDC=3500 В и среднюю частоту переключений 400 Гц. Каждый из конденсаторов 11 и 12 связи по постоянному току может соответствовать обычному значению, допускающему пульсации напряжения величиной, приблизительно, ±10% при номинальном пиковом выходном токе, предельное значение которого из соображений безопасности обычно устанавливают равным INoutpeak=IRout/1,5=4000 A. Вследствие этого может возникнуть скорость изменения напряжения связи по постоянному току dVDC/dt≤ (3500 [В]×2×10%)/1,25 [миллисекунды]=560 [вольт/миллисекунду (В/мс)]=dVm. В таком инверторе обычно может требоваться, чтобы величина емкости фиксирующего конденсатора 31 составляла C31=20 мкФ. В таком случае, в первом предпочтительном варианте осуществления изобретения должно быть установлено соотношение 4×C31×dVm=4×20 [мкФ]×560 [вольт/миллисекунду (В/мс)]=44,8 [A]<Isat, при этом для предпочтительного верхнего предела Isat<6000 A/5=1200 A.The high-power inverter has a maximum rated output current I Rout = 6000 A, nominal DC coupling voltage V DC = 3500 V and an average switching frequency of 400 Hz. Each of the DC coupling capacitors 11 and 12 can correspond to a normal value that allows voltage ripples of approximately ± 10% at the nominal peak output current, the limit value of which is usually set for safety reasons I Noutpeak = I Rout / 1,5 = 4000 A. As a result, a dc DC link voltage change rate of dV DC / dt≤ (3500 [V] × 2 × 10%) / 1.25 [milliseconds] = 560 [volt / millisecond (V / ms)] = dV m . In such an inverter, it may usually be required that the capacitance of the fixing capacitor 31 is C 31 = 20 μF. In such a case, in a first preferred embodiment of the invention, a ratio of 4 × C 31 × dV m = 4 × 20 [μF] × 560 [volt / millisecond (V / ms)] = 44.8 [A] <I sat while for the preferred upper limit I sat <6000 A / 5 = 1200 A.

ВТОРОЙ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯSECOND PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION

Со ссылкой на чертежи Фиг. 2A, Фиг. 2B, Фиг. 2C, Фиг. 2D, Фиг. 2E, Фиг. 2F, Фиг. 2G, Фиг. 2H, Фиг. 2I и Фиг. 2J продемонстрированы и объяснены дополнительные характеристики блока 5a, 5b и 5c с насыщаемым сердечником, который может быть применен в инверторе из первого предпочтительного варианта осуществления изобретения, используемые для создания инвертора большой мощности с принудительной коммутацией согласно второму предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.With reference to the drawings of FIG. 2A, FIG. 2B, FIG. 2C, FIG. 2D, FIG. 2E, FIG. 2F, FIG. 2G, FIG. 2H, FIG. 2I and FIG. 2J, the additional characteristics of a saturable core unit 5a, 5b, and 5c that can be used in an inverter from a first preferred embodiment of the invention, used to create a high-power forced-switching inverter according to a second preferred embodiment of the present invention, are demonstrated and explained.

На чертеже Фиг. 2A изображен график, на котором показана электрическая характеристика зависимости интеграла напряжения по времени ∫Vdt от тока I для каждого из блоков 5a, 5b и 5c с насыщаемыми сердечниками, показанных на чертежах Фиг. 1A, Фиг. 1B и Фиг. 1C, наряду с определением интеграла их напряжения по времени при насыщении ∫Vdtsat, согласно второму предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения. На чертеже Фиг. 2B изображен график, на котором показана зависимость между зарядом Qrr обратного восстановления и прямым током I, текущим в типичном высоковольтном кремниевом диоде большой мощности при повышенной температуре перехода.In the drawing of FIG. 2A is a graph showing the electrical characteristic of the time integral of the voltage integral напряженияVdt versus current I for each of the saturable core blocks 5a, 5b and 5c shown in the drawings of FIG. 1A, FIG. 1B and FIG. 1C, along with the determination of the integral of their voltage over time at saturation ∫Vdt sat , according to a second preferred embodiment of the present invention. In the drawing of FIG. 2B is a graph showing the relationship between the reverse recovery charge Q rr and the forward current I flowing in a typical high-voltage high-power silicon diode at an elevated transition temperature.

В дополнение к этому, на чертеже Фиг. 2C изображена временная диаграмма сигналов, на которой показаны (a) напряжения V5a и V5b блоков 5a и 5b с насыщаемым напряжением, (b) нормированный магнитный поток F5a и F5b в них и (c) напряжение V22 и ток I22 диода 22, для использования в двухуровневом инверторе большой мощности из Фиг. 1B в том случае, когда выходной ток Iout=100 A. На чертеже Фиг. 2D изображена временная диаграмма сигналов, на которой показаны (a) напряжения V5a и V5b блоков 5a и 5b с насыщаемым напряжением, (b) нормированный магнитный поток F5a и F5b в них и (c) напряжение V22 и ток I22 диода 22, для использования в двухуровневом инверторе большой мощности из Фиг. 1B в том случае, когда выходной ток Iout=400 A. На чертеже Фиг. 2E изображена временная диаграмма сигналов, на которой показаны (a) напряжения V5a и V5b блоков 5a и 5b с насыщаемым напряжением, (b) нормированный магнитный поток F5a и F5b в них и (c) напряжение V22 и ток I22 диода 22, для использования в двухуровневом инверторе большой мощности из Фиг. 1B в том случае, когда выходной ток Iout=1000 A. На чертеже Фиг. 2F изображена временная диаграмма сигналов, на которой показаны (a) напряжения V5a и V5b блоков 5a и 5b с насыщаемым напряжением, (b) нормированный магнитный поток F5a и F5b в них и (c) напряжение V22 и ток I22 диода 22, для использования в двухуровневом инверторе большой мощности из Фиг. 1B в том случае, когда выходной ток Iout=3000 A. На чертеже Фиг. 2G изображена временная диаграмма сигналов, на которой показаны (a) напряжения V5a и V5b блоков 5a и 5b с насыщаемым напряжением, (b) нормированный магнитный поток F5a и F5b в них и (c) напряжение V22 и ток I22 диода 22, для использования в двухуровневом инверторе большой мощности из Фиг. 1B в том случае, когда выходной ток Iout=6000 A. В частности, на чертежах Фиг. 2C-Фиг. 2G показаны сигналы, наблюдаемые во время коммутации тока нагрузки из обратного диода 22 в устройство 21 запираемого вентиля, при различных значениях положительного тока нагрузки в двухуровневом инверторе из Фиг. 1B, имеющего максимальный номинальный выходной IRout=6000 A и интеграл напряжения по времени при насыщении ∫Vdtsat=2,4 милливольт×секунду, а также при температуре перехода обратного диода 22, установленной равной ее максимальному допустимому значению.In addition to this, in the drawing of FIG. 2C is a signal timing diagram showing (a) voltages V 5a and V 5b of saturable voltage blocks 5a and 5b, (b) normalized magnetic flux F 5a and F 5b therein, and (c) voltage V 22 and current I 22 diode 22, for use in a two-level high power inverter from FIG. 1B in the case where the output current I out = 100 A. In the drawing of FIG. 2D is a timing diagram of the signals showing (a) voltages V 5a and V 5b of saturable voltage blocks 5a and 5b, (b) normalized magnetic flux F 5a and F 5b in them, and (c) voltage V 22 and current I 22 diode 22, for use in a two-level high power inverter from FIG. 1B in the case where the output current I out = 400 A. In the drawing of FIG. 2E is a timing diagram of the signals showing (a) voltages V 5a and V 5b of saturable voltage blocks 5a and 5b, (b) normalized magnetic flux F 5a and F 5b therein, and (c) voltage V 22 and current I 22 diode 22, for use in a two-level high power inverter from FIG. 1B in the case where the output current I out = 1000 A. In the drawing of FIG. 2F is a timing diagram of the signals showing (a) voltages V 5a and V 5b of saturable voltage blocks 5a and 5b, (b) normalized magnetic flux F 5a and F 5b therein, and (c) voltage V 22 and current I 22 diode 22, for use in a two-level high power inverter from FIG. 1B in the case where the output current I out = 3000 A. In the drawing of FIG. 2G is a timing diagram of the signals showing (a) voltages V 5a and V 5b of saturable voltage blocks 5a and 5b, (b) normalized magnetic flux F 5a and F 5b therein, and (c) voltage V 22 and current I 22 diode 22, for use in a two-level high power inverter from FIG. 1B in the case where the output current I out = 6000 A. In particular, in the drawings of FIG. 2C-FIG. 2G shows the signals observed during switching of the load current from the return diode 22 to the shut-off valve device 21, at different values of the positive load current in the two-level inverter of FIG. 1B, having a maximum nominal output I Rout = 6000 A and a voltage integral over time at saturation ∫Vdt sat = 2.4 millivolts × second, as well as at a transition temperature of the reverse diode 22 set to its maximum allowable value.

Кроме того, на чертеже Фиг. 2H изображен график, на котором показана расчетная зависимость анодного напряжения от анодного тока диода 22 для каждого выключения, где параметром является выходной ток Iout, для условий, показанных на чертежах Фиг. 2C-Фиг. 2G. На чертеже Фиг. 2I изображен график, на котором показана расчетная зависимость мощности обратного восстановления от анодного напряжения на диоде 22, где параметром является выходной ток Iout. На Фиг. 2J изображен график, на котором показана расчетная зависимость мощности обратного восстановления, вызывающей вредное воздействие, от выходного тока Iout диода 22 для различных конфигураций схемы и соответствующих установочных параметров интеграла напряжения насыщения по времени ∫Vdtsat, в частности на Фиг. 2J показана зависимость наиболее высокого значения мощности обратного восстановления при обратном напряжении, равном 3,5 кВ или более высоком, которую далее именуют "мощностью обратного восстановления, вызывающей вредное воздействие", от выходного тока Iout инвертора, наблюдающаяся в различных режимах схемы инвертора:In addition, in the drawing of FIG. 2H is a graph showing the calculated dependence of the anode voltage on the anode current of the diode 22 for each shutdown, where the parameter is the output current I out , for the conditions shown in the drawings of FIG. 2C-FIG. 2G. In the drawing of FIG. 2I is a graph showing the calculated dependence of the reverse recovery power on the anode voltage on the diode 22, where the parameter is the output current I out . In FIG. 2J is a graph showing the calculated dependence of the reverse recovery power causing the harmful effect on the output current I out of the diode 22 for various circuit configurations and the corresponding settings of the saturation voltage integral over time ∫Vdt sat , in particular in FIG. Figure 2J shows the dependence of the highest value of reverse recovery power at a reverse voltage of 3.5 kV or higher, which is hereinafter referred to as the "reverse recovery power causing harmful effects", on the output current I out of the inverter, observed in various modes of the inverter circuit:

(1) на кривой 101 показана мощность обратного восстановления, вызывающая вредное воздействие, при использовании схемы из известного уровня техники с линейным анодным электрическим реактором 41, имеющим индуктивность L41, равную 7 мкГн;(1) curve 101 shows the reverse recovery power causing a harmful effect when using the prior art circuit with a linear anode electric reactor 41 having an inductance L 41 equal to 7 μH;

(2) на кривой 102 показана мощность обратного восстановления, вызывающая вредное воздействие, в том случае, когда интеграл напряжения по времени при насыщении ∫Vdtsat=0,6 милливольт×секунду, и индуктивность L41=1 мкГн;(2) curve 102 shows the power of the reverse recovery, which causes a harmful effect, in the case when the voltage integral over time at saturation ∫Vdt sat = 0.6 millivolts × second, and the inductance L 41 = 1 μH;

(3) на кривой 103 показана мощность обратного восстановления, вызывающая вредное воздействие, в том случае, когда интеграл напряжения по времени при насыщении ∫Vdtsat=1,2 милливольт×секунду, и индуктивность L41=1 мкГн;(3) curve 103 shows the power of the reverse recovery, which causes a harmful effect, in the case when the voltage integral over time at saturation ∫Vdt sat = 1.2 millivolts × second, and the inductance L 41 = 1 μH;

(4) на кривой 104 показана мощность обратного восстановления, вызывающая вредное воздействие, в том случае, когда интеграл напряжения по времени при насыщении ∫Vdtsat=2,4 милливольт×секунду, и индуктивность L41=1 мкГн;(4) curve 104 shows the power of reverse recovery, which causes a harmful effect, in the case when the voltage integral over time at saturation ∫Vdt sat = 2.4 millivolts × second, and the inductance L 41 = 1 μH;

(5) на кривой 105 показана мощность обратного восстановления, вызывающая вредное воздействие, в том случае, когда интеграл напряжения по времени при насыщении ∫Vdtsat=3,6 милливольт×секунду, и индуктивность L41=1 мкГн;(5) curve 105 shows the power of the reverse recovery, which causes a harmful effect, in the case when the voltage integral over time at saturation милVdt sat = 3.6 millivolts × second, and the inductance L 41 = 1 μH;

(6) на кривой 106 показана мощность обратного восстановления, вызывающая вредное воздействие, в том случае, когда интеграл напряжения по времени при насыщении ∫Vdtsat=4,8 милливольт×секунду, и индуктивность L41=1 мкГн; и(6) curve 106 shows the power of the reverse recovery, which causes a harmful effect, in the case when the voltage integral over time at saturation ∫Vdt sat = 4.8 millivolts × second, and the inductance L 41 = 1 μH; and

(7) на кривой 107 показана допустимая мощность обратного восстановления, вызывающая вредное воздействие, адаптированная к анодному электрическому реактору. В схеме прерывателя из известного уровня техники без блока 5a с насыщаемым сердечником из Фиг. 1A значения для кривой 107 получены экспериментально с использованием адаптированного линейного анодного электрического реактора для каждого установленного значения тока, нагружающего диод до полной пропускной способности при таком установленном значении анодного тока.(7) curve 107 shows the permissible reverse recovery power, causing harmful effects, adapted to the anode electric reactor. In the circuit breaker of the prior art without the saturable core unit 5a of FIG. 1A, the values for curve 107 were obtained experimentally using an adapted linear anode electric reactor for each set value of the current loading the diode to its full capacity at that set value of the anode current.

На чертеже Фиг. 2A показана типичная петля гистерезиса, наблюдающаяся при наличии блока 5a с насыщаемым сердечником из первого предпочтительного варианта осуществления изобретения. В этом случае интеграл напряжения по времени при насыщении ∫Vdtsat определяется значением при насыщении, которое характеризуется тем, что блок с сердечником находится в состоянии с низкой индуктивностью.In the drawing of FIG. 2A shows a typical hysteresis loop observed with a saturable core unit 5a from the first preferred embodiment of the invention. In this case, the voltage integral over time at saturation ∫Vdt sat is determined by the value at saturation, which is characterized by the fact that the block with the core is in a state with low inductance.

Такая характеристика, демонстрирующая почти постоянный наклон в ненасыщенном состоянии и другой, очень малый наклон в состоянии насыщения, может быть получена посредством одиночного сердечника или посредством набора сердечников, все из которых имеют одинаковые характеристики. Однако также может быть применен блок с сердечником, имеющий градиентное изменение индуктивности. Такой блок с сердечником может быть получен с использованием последовательного соединения блоков с сердечниками, которые имеют различные характеристики, или с использованием соответствующего материала, из которого выполнен сердечник. Кроме того, в этом случае интеграл насыщения определяют как наивысшее достижимое значение ∫Vdt в реальных условиях.Such a characteristic, showing an almost constant slope in the unsaturated state and another, very small slope in the saturation state, can be obtained by means of a single core or by a set of cores, all of which have the same characteristics. However, a core block having a gradient change in inductance can also be used. Such a core block can be obtained using a series connection of blocks with cores that have different characteristics, or using the appropriate material from which the core is made. In addition, in this case, the saturation integral is defined as the highest attainable value of ∫Vdt in real conditions.

На чертеже Фиг. 2B показан заряд обратного восстановления как функция прямого тока для типичного высоковольтного кремниевого диода. Зависимость является сильно нелинейной. В этом случае при низком токе имеется большой заряд на один ампер прямого тока, текущего в диоде.In the drawing of FIG. 2B shows a reverse recovery charge as a function of forward current for a typical high voltage silicon diode. The dependency is highly nonlinear. In this case, at low current there is a large charge per ampere of direct current flowing in the diode.

На чертежах Фиг. 2C-Фиг. 2G показаны результаты, полученные с диодом, используемым в двухуровневом инверторе из второго предпочтительного варианта осуществления изобретения, при различных значениях выходного тока Iout инвертора. На Фиг. 2C показан результат при выходном токе Iout=100 A, На Фиг. 2D показан результат при выходном токе Iout=400 A, на Фиг. 2E показан результат при выходном токе Iout=1000 A, на Фиг. 2F показан результат при выходном токе Iout=3000 A и на Фиг. 2G показан результат при выходном токе Iout=IRout=6000 A. В этих случаях на верхнем графике каждого из чертежей Фиг. 2C-Фиг. 2G показано напряжение V5a на блоке 5a с насыщаемым сердечником и напряжение V5b на блоке 5b с насыщаемым сердечником. На среднем графике каждого из чертежей Фиг. 2C-Фиг. 2G показан магнитный поток F5a в состоянии насыщения блока 5a с насыщаемым сердечником и магнитный поток F5b в состоянии насыщения блока 5b с насыщаемым сердечником. На нижнем графике каждого из чертежей Фиг. 2C-Фиг. 2G показан анодный ток I22, текущий в обратном диоде 22 , и анодное напряжение V22 на обратном диоде 22. Каждый из блоков 5a и 5b с насыщаемым сердечником имеет интеграл напряжения по времени при насыщении ∫Vdtsat=2,4 милливольт×секунду и ток насыщения Isat=160 A, следовательно, он имеет эквивалентную индуктивность Lequ=15 мкГн.In the drawings of FIG. 2C-FIG. 2G shows the results obtained with the diode used in the two-level inverter of the second preferred embodiment of the invention, for different values of the output current I out of the inverter. In FIG. 2C shows the result with an output current I out = 100 A, FIG. 2D shows the result with the output current I out = 400 A, in FIG. 2E shows the result with an output current I out = 1000 A, FIG. 2F shows the result with an output current I out = 3000 A and in FIG. 2G shows the result with the output current I out = I Rout = 6000 A. In these cases, in the upper graph of each of the drawings of FIG. 2C-FIG. 2G shows the voltage V 5a on the saturated core unit 5a and the voltage V 5b on the saturated core unit 5b. On the average graph of each of the drawings of FIG. 2C-FIG. 2G shows a magnetic flux F 5a in a saturated state of a saturable core unit 5a and a magnetic flux F 5b in a saturated state of a saturable core unit 5b. In the lower graph of each of the drawings of FIG. 2C-FIG. 2G shows the anode current I 22 flowing in the return diode 22 and the anode voltage V 22 on the return diode 22. Each of the saturable core units 5a and 5b has a voltage integral over time at saturation ∫Vdt sat = 2.4 millivolts × second and saturation current I sat = 160 A; therefore, it has an equivalent inductance L equ = 15 μH.

Со ссылкой на Фиг. 2C, оба блока: блок 5a с насыщаемым сердечником и блок 5b с насыщаемым сердечником начинают функционирование с нулевого напряжения в момент времени t=334 микросекунды. В этот момент блок 5b с насыщаемым сердечником имеет уровень насыщения, равный нулю, в то время как блок 5a с насыщаемым сердечником имеет уровень насыщения ∫Vdt=0,62×∫Vdtsat. В этот момент времени t=334 микросекунды обратный диод 22 имеет прямое смещение, вследствие чего анодный ток I22=100 A и анодное напряжение V22=1,5 В. При включении устройства 21 запираемого вентиля, в момент времени t=335 микросекунд оба блока: блок 5a с насыщаемым сердечником и блок 5b с насыщаемым сердечником получают соответствующие напряжения, и это приводит к изменению состояния насыщения обоих блоков, и обратный диод 22 получает отрицательный анодный ток I22. В этом случае такой анодный ток I22 возникает, в основном, из схемы 3 фиксации уровня, и он быстро увеличивается, почти достигая значения I22=1 кА (килоампер). Однако такой большой анодный ток приложен к обратному диоду 22 только в состоянии относительно малого анодного напряжения, и через некоторое время, в момент времени t=336 микросекунд, анодный ток I22 может уже уменьшиться, в то время как анодное напряжение V22 на обратном диоде 22 медленно приближается к значению напряжения на конденсаторе 11 связи по постоянному току, равному, например, VDC=3650 В. В течение всего этого промежутка времени оба блока: блок 5a с насыщаемым сердечником и блок 5b с насыщаемым сердечником остаются в ненасыщенном состоянии, обеспечивая полную индуктивность, равную 2×Lequ=30 мкГн для развязки или электрической изоляции плеча 2b переключателя из Фиг. 1B от конденсатора 11 связи по постоянному току.With reference to FIG. 2C, both blocks: a saturable core block 5a and a saturable core block 5b start functioning from zero voltage at time t = 334 microseconds. At this point, the saturated core block 5b has a saturation level of zero, while the saturated core block 5a has a saturation level of ∫Vdt = 0.62 × ∫Vdt sat . At this time t = 334 microseconds, the reverse diode 22 has a direct bias, as a result of which the anode current I 22 = 100 A and the anode voltage V 22 = 1.5 V. When the device 21 of the shut-off valve is turned on, at time t = 335 microseconds both block: block 5a with a saturated core and block 5b with a saturated core receive the corresponding voltage, and this leads to a change in the saturation state of both blocks, and the reverse diode 22 receives a negative anode current I 22 . In this case, such an anode current I 22 arises mainly from the level fixing circuit 3, and it rapidly increases, almost reaching I 22 = 1 kA (kiloampere). However, such a large anode current is applied to the return diode 22 only in a state of relatively low anode voltage, and after some time, at time t = 336 microseconds, the anode current I 22 may already decrease, while the anode voltage V 22 on the reverse diode 22 slowly approaches the value of the voltage across the capacitor 11 DC coupling of, for example, V DC = 3650 V. throughout this period of time the two blocks: block saturable core 5a and 5b block saturable core remain in the unsaturated state, bespechivaya total inductance equal to 2 × L equ = 30 mH for electrical insulation or isolation shoulder switch 2b of Fig. 1B from the DC coupling capacitor 11.

Со ссылкой на чертеж Фиг. 2D, с выходным током Iout=400 A, блок 5a с насыщаемым сердечником начинает функционирование уже с уровнем напряжения насыщения ∫Vdt=1×∫Vdtsat, вследствие чего блок 5a с насыщаемым сердечником уже был полностью насыщен. В этом случае блок 5b с насыщаемым сердечником первым изменяет состояние насыщения, переходя в состояние полного насыщения. Блок 5a с насыщаемым сердечником включается позже, затем полностью проходит ненасыщенную область и достигает противоположного насыщения в момент времени t=941 микросекунда. Таким образом, обратный диод 22 не получает какой-либо ток из конденсатора 11 связи по постоянному току, поскольку блок 5a с насыщаемым сердечником обеспечивает его развязку, до тех пор, пока анодное напряжение V22 не достигнет уровня напряжения постоянного тока VDC=3650 В и обратный ток восстановления не станет равным нулю. Следовательно, обеспечена индуктивность 1×Lequ=15 мкГн для развязки плеча 2b переключателя от конденсатора 11 связи по постоянному току, когда диод переходит в состояние, в котором к нему приложено высокое напряжение.With reference to the drawing of FIG. 2D, with the output current I out = 400 A, the saturable core unit 5a starts functioning already with a saturation voltage level of ∫Vdt = 1 × ∫Vdt sat , as a result of which the saturable core unit 5a was already completely saturated. In this case, the saturable core unit 5b first changes the saturation state to a full saturation state. The saturated core block 5a is turned on later, then the unsaturated region completely passes through and reaches the opposite saturation at time t = 941 microseconds. Thus, the reverse diode 22 does not receive any current from the DC coupling capacitor 11, since the saturable core unit 5a ensures its isolation until the anode voltage V 22 reaches the DC voltage level V DC = 3650 V and the reverse recovery current will not be zero. Therefore, an inductance of 1 × L equ = 15 μH is provided for decoupling the switch arm 2b from the DC coupling capacitor 11 when the diode goes into a state in which a high voltage is applied to it.

Со ссылкой на чертеж Фиг. 2E, с выходным током Iout=1000 A, блок 5a с насыщаемым сердечником снова начинает функционирование при полном насыщении. Блоки 5a и 5b с насыщаемым сердечником становятся активными один после другого. Блок 5a с насыщаемым сердечником теперь достигает полного насыщения уже в момент времени t=1540 микросекунд, то есть приблизительно за 4 микросекунды до конца заднего фронта тока диода. Вследствие этого, конденсатор 11 связи по постоянному току в этот момент времени напрямую соединен с обратным диодом 22 и, следовательно, его анодный ток I22 немного возрастает.With reference to the drawing of FIG. 2E, with the output current I out = 1000 A, the saturated core unit 5a starts functioning again at full saturation. Saturated core blocks 5a and 5b become active one after the other. The saturable core unit 5a now reaches full saturation already at time t = 1540 microseconds, i.e. approximately 4 microseconds before the end of the trailing edge of the diode current. As a result, the DC coupling capacitor 11 at this point in time is directly connected to the reverse diode 22 and, therefore, its anode current I 22 increases slightly.

Со ссылкой на чертеж Фиг. 2F, с выходным током Iout=3000 A, оба блока: блок 5a с насыщаемым сердечником и блок 5b с насыщаемым сердечником действуют еще быстрее, и обратный ток восстановления протекает в течение более продолжительного времени. Вследствие этого, блок 5a с насыщаемым сердечником уже достиг состояния насыщения за 7,5 микросекунд до конца заднего фронта тока диода, что, следовательно, приводит к значительному увеличению анодного тока I22.With reference to the drawing of FIG. 2F, with an output current I out = 3000 A, both blocks: block 5a with a saturable core and block 5b with a saturable core act even faster, and the reverse recovery current flows for a longer time. As a result, the saturable core unit 5a has already reached the saturation state 7.5 microseconds before the end of the trailing edge of the diode current, which therefore leads to a significant increase in the anode current I 22 .

Со ссылкой на чертеж Фиг. 2G, с выходным током Iout=6000 A этот эффект является еще более заметным. Однако даже в этом случае анодное напряжение V22 достигло значения V22=2 кВ, когда обратный диод 22 соединен с конденсатором 11 связи по постоянному току. Несмотря на малую индуктивность контура, обеспечиваемую анодной индуктивностью 41 рассеяния, равную, например, L=1 мкГн, скорость нарастания dI22/dt анодного тока I22 является весьма малой и величина анодного тока I22 остается такой, что I22<2000 A.With reference to the drawing of FIG. 2G, with an output current I out = 6000 A, this effect is even more noticeable. However, even in this case, the anode voltage V 22 has reached the value V 22 = 2 kV when the reverse diode 22 is connected to the DC coupling capacitor 11. Despite the small inductance of the circuit provided by the anode inductance 41 of the scattering, which is, for example, L = 1 μH, the slew rate dI 22 / dt of the anode current I 22 is very small and the anode current I 22 remains such that I 22 <2000 A.

На чертеже Фиг. 2H оценены соответствующие рабочие области обратного восстановления путем построения графика анодного напряжения V22 как функции анодного тока I22 для каждого обратного восстановления обратного диода 22. Эта оценка показывает, что при высоком анодном напряжении при обратном восстановлении в интервале от низкого до среднего прямых токов Iout=100 A и 400 A анодный ток является малым.In the drawing of FIG. 2H, the corresponding reverse recovery work areas are estimated by plotting the anode voltage V 22 as a function of the anode current I 22 for each reverse recovery of the reverse diode 22. This estimate shows that at high anode voltage during reverse recovery in the range from low to medium forward currents I out = 100 A and 400 A, the anode current is low.

На чертеже Фиг. 2I показан следующий этап оценки. На нем показано произведение обратного напряжения восстановления и обратного тока восстановления, то есть мощности обратного восстановления, как функции обратного напряжения восстановления или анодного напряжения V22. В тех случаях, когда выходной ток Iout=100 A и Iout=400 A, величина мощности обратного восстановления при анодном напряжении V22=3,5 кВ является малой. В этом случае схема двухуровневого инвертора согласно второму предпочтительному варианту осуществления изобретения полностью защищает обратный диод 22 при этих условиях.In the drawing of FIG. 2I shows the next evaluation step. It shows the product of reverse recovery voltage and reverse recovery current, that is, reverse recovery power, as a function of reverse recovery voltage or anode voltage V 22 . In cases where the output current is I out = 100 A and I out = 400 A, the magnitude of the reverse recovery power at an anode voltage of V 22 = 3.5 kV is small. In this case, the two-level inverter circuit according to the second preferred embodiment of the invention fully protects the reverse diode 22 under these conditions.

На чертеже Фиг. 2J показан другой этап оценки, а именно сравнение путем построения графика мощности обратного восстановления, вызывающей вредное воздействие, как функции выходного тока Iout инвертора для различных конфигураций схемы и различных установочных параметров интеграла напряжения по времени при насыщении ∫Vdtsat. В этом случае вредное воздействие на диод при обратном восстановлении в режиме максимальной расчетной нагрузки из известного уровня техники изображено на Фиг. 2J пунктирной кривой 101. Из графика, показанного на Фиг. 2J, понятно следующее: что касается кривой 101, то малое установленное значение интеграла напряжения по времени при насыщении ∫Vdtsat по сравнению с интегралом напряжения по времени при насыщении ∫Vdtsat=0,6 милливольт×секунду, показанным на кривой 102, уже может уменьшить вредное воздействие на диод в случае более малого анодного тока I22. Однако в случае более высокого анодного тока I22, при переходе к анодному току I22=400 A, вредное воздействие на диод является более сильным, чем показанное на кривой 101.In the drawing of FIG. Figure 2J shows another evaluation stage, namely, a comparison by plotting the power of the reverse recovery causing harmful effects as a function of the inverter output current I out for various circuit configurations and various settings of the voltage integral over time at saturation ∫Vdt sat . In this case, the harmful effect on the diode during reverse recovery in the mode of maximum design load from the prior art is shown in FIG. 2J by dashed curve 101. From the graph shown in FIG. 2J, the following is clear: as for curve 101, the small set value of the voltage integral over time at saturation ∫Vdt sat compared to the voltage integral over time at saturation ∫Vdt sat = 0.6 millivolts × second shown on curve 102 can already reduce the harmful effect on the diode in the case of a smaller anode current I 22 . However, in the case of a higher anode current I 22 , when switching to the anode current I 22 = 400 A, the harmful effect on the diode is stronger than that shown on curve 101.

Установка интеграла напряжения по времени при насыщении ∫Vdtsat=1,2 милливольт×секунду, как показано на кривой 103 из Фиг. 2J, уменьшает вредное воздействие на диод ниже уровня, наблюдаемого в схеме из известного уровня техники, которой соответствует кривая 101, при всех значениях тока, меньших, чем 2800 A.Setting the voltage integral over time at saturation ∫Vdt sat = 1.2 millivolts × second, as shown in curve 103 of FIG. 2J reduces the harmful effect on the diode below the level observed in the circuit of the prior art, which corresponds to curve 101, for all current values less than 2800 A.

Установка интеграла напряжения по времени при насыщении ∫Vdtsat=2,4 милливольт×секунду, как показано на кривой 104, приводит к уменьшенному уровню вредного воздействия во всем рабочем диапазоне.Setting the voltage integral over time at saturation ∫Vdt sat = 2.4 millivolts × second, as shown in curve 104, leads to a reduced level of harmful effects in the entire operating range.

Установка интеграла напряжения по времени при насыщении ∫Vdtsat=3,6 милливольт×секунду, как показано на кривой 105, или ∫Vdtsat=4,8 милливольт×секунду, как показано на кривой 106, приводит к очень низкому уровню вредного воздействия во всем рабочем диапазоне.Setting the voltage integral over time at saturation ∫Vdt sat = 3.6 millivolts × second, as shown in curve 105, or ∫Vdt sat = 4.8 millivolts × second, as shown in curve 106, leads to a very low level of harmful effects during all working range.

Следовательно, искомое значение для интеграла напряжения по времени при насыщении ∫Vdtsat получают из Фиг. 2J. Посредством кривой 107 введена допустимая мощность обратного восстановления, вызывающая вредное воздействие, адаптированная к анодному электрическому реактору, которую обозначают как Prrlar(I). В случае схемы прерывателя из известного уровня техники, показанной на Фиг. 1A, без какого-либо блока 5a с насыщаемым сердечником, кривая 107 представляет собой график максимальной допустимой мощности обратного восстановления, вызывающей вредное воздействие, для высоковольтного диода, полученный при изменении анодного электрического реактора 41. В этом случае для каждого текущего значения кривой 107 новое значение для анодного электрического реактора 41 устанавливают таким образом, чтобы обратный диод 22 был нагружен до его предела при его обратном восстановлении от такого тока.Therefore, the sought value for the time integral of the voltage at saturation ∫Vdt sat is obtained from FIG. 2J. Through curve 107, a permissible reverse recovery power is introduced, causing a harmful effect, adapted to the anode electric reactor, which is referred to as Prrlar (I). In the case of a circuit breaker of the prior art shown in FIG. 1A, without any saturable core block 5a, curve 107 is a graph of the maximum allowable reverse recovery power causing a harmful effect for the high voltage diode obtained by changing the anode electric reactor 41. In this case, for each current value of curve 107, a new value for the anode electric reactor 41 is set so that the reverse diode 22 is loaded to its limit when it is reversed from such a current.

Второй предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения способен обеспечивать хорошую адаптацию к этим максимальным допустимым значениям вредного воздействия следующим образом. Когда интеграл напряжения по времени при насыщении выбран равным ∫Vdtsat=0,6 милливольт×секунду, то мощность обратного восстановления, вызывающая вредное воздействие, Prr(I) согласно кривой 102 уже является меньшей, чем допустимая мощность обратного восстановления, вызывающая вредное воздействие, которая адаптирована к анодному электрическому реактору, для такого диода, представленная кривой 107 при полном выходном токе Iout инвертора в интервале 0≤Iout≤IRout. A second preferred embodiment of the present invention is capable of providing good adaptation to these maximum allowable exposure values as follows. When the voltage integral over time at saturation is chosen equal to ∫Vdt sat = 0.6 millivolt × second, then the reverse recovery power causing the harmful effect, P rr (I) according to curve 102 is already smaller than the permissible reverse recovery power causing the harmful effect , which is adapted to the anode electric reactor, for such a diode, represented by curve 107 at the total inverter output current I out in the interval 0≤I out ≤I Rout.

Согласно второму предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения значение интеграла напряжения по времени при насыщении ∫Vdtsat далее выбирают таким образом, чтобы Prr(I)≤1/2×Prrlar(I) по, меньшей мере, при одном значении выходного тока Iout в интервале 0≤Iout≤IRout. На Фиг. 2J кривая 106 близка к такому пределу, что: в случае Iout=IRout=6000 A, мощность Prrlar(I) на кривой 107 равна 7,9 МВА (мегавольт-ампер), тогда как мощность Prr(I) на кривой 106 равна 4,1 МВА. В таком режиме поскольку интеграл напряжения по времени при насыщении ∫Vdtsat=4,8 милливольт×секунду, то восстановление диода является чрезвычайно плавным, но блоки 5a и 5b с насыщаемым сердечником стали гораздо большими, следовательно, происходит передача большого количества энергии, соответственно, в схему 3 фиксации уровня и в схему 6 фиксации уровня.According to a second preferred embodiment of the present invention, the value of the saturation voltage integral over time ∫Vdt sat is then chosen so that P rr (I) ≤1 / 2 × P rrlar (I) with at least one output current value I out in the interval 0≤I out ≤I Rout . In FIG. 2J curve 106 is close to such a limit that: in the case of I out = I Rout = 6000 A, the power P rrlar (I) on curve 107 is 7.9 MVA (megavolt-ampere), while the power P rr (I) at curve 106 is 4.1 MVA. In this mode, since the voltage integral over time at saturation ∫Vdt sat = 4.8 millivolts × second, the recovery of the diode is extremely smooth, but blocks 5a and 5b with a saturated core have become much larger, therefore, a large amount of energy is transferred, respectively, into the circuit 3 fixation level and circuit 6 fixation level.

Таким образом, инвертор согласно второму предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения адаптируется предпочтительным способом к характеристикам типичных кремниевых диодов большой мощности. Применены очень малые значения анодной индуктивности 41 и 42 рассеяния и очень малые блоки 5a и 5b с сердечником, что приводит к низкой себестоимости и к низким потерям в инверторе при его работе.Thus, the inverter according to the second preferred embodiment of the present invention adapts in a preferred way to the characteristics of typical high power silicon diodes. Applied very small values of the anode inductance 41 and 42 scattering and very small blocks 5a and 5b with a core, which leads to low cost and low losses in the inverter during its operation.

ТРЕТИЙ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯTHIRD PREFERRED EMBODIMENT FOR CARRYING OUT THE INVENTION

На чертеже Фиг. 3A изображена блок-схема, на которой показан блок 5a с насыщаемым сердечником согласно третьему предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, а на чертеже Фиг. 3B на виде в перспективе показан внешний вид блока 5a с насыщаемым сердечником из Фиг. 3A.In the drawing of FIG. 3A is a block diagram showing a saturable core unit 5a according to a third preferred embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a perspective view showing the appearance of the saturable core unit 5a of FIG. 3A.

Со ссылкой на Фиг. 3 показан блок 5a с насыщаемым сердечником, который может быть применен в первом или во втором предпочтительных вариантах осуществления изобретения для создания инвертора большой мощности с принудительной коммутацией согласно третьему предпочтительному варианту осуществления изобретения. В данном предпочтительном варианте осуществления изобретения блок 5a с насыщаемым сердечником содержит насыщаемый индуктор 51, где насыщаемый индуктор 51 содержит, по меньшей мере, один зазор 5g.With reference to FIG. 3 shows a saturable core unit 5a, which can be used in the first or second preferred embodiments of the invention to provide a high power, high power, inverter, according to a third preferred embodiment of the invention. In this preferred embodiment, the saturable core unit 5a comprises a saturable inductor 51, where the saturable inductor 51 comprises at least one gap 5g.

В магнитный контур блока 5a с насыщаемым сердечником может быть введен зазор 5g из иного вещества. В большинстве случаев такое вещество в зазоре 5g является полностью немагнитным, что зависит от механической конструкции сердечника, и веществом в зазоре 5g может являться пластик какого-либо типа или просто воздух.A gap 5g of another substance may be introduced into the magnetic circuit of the saturable core unit 5a. In most cases, such a substance in the 5g gap is completely non-magnetic, which depends on the mechanical design of the core, and the substance in the 5g gap may be some kind of plastic or just air.

В этом случае магнитный поток Φ должен проходить через вещество сердечника и через вещество в зазоре. В веществе, из которого выполнен магнитный сердечник, магнитная индукция B = Φ/A, где A - площадь поперечного сечения, через которое проникает магнитный поток Φ, следовательно, она создает магнитное поле Hfe=B/µµ0, тогда как магнитное поле в немагнитном веществе Hair=B/µ0. В таком случае для определения тока, проникающего через сердечник, вычисляют интеграл ∫Hds вдоль замкнутого контура, проходящего через сердечник и зазор 5g блока 5a с насыщаемым сердечником. Если размер зазора 5g является достаточно большим, чтобы интеграл ∫Hds являлся доминирующим, то индуктивность L намотанной катушки его сердечника приблизительно равна L=(µ0 n2 A)/lair, где lair обозначает толщину зазора 5g, заполненного немагнитным веществом, а "n" - количество витков.In this case, the magnetic flux Φ must pass through the core material and through the substance in the gap. In the material from which the magnetic core is made, magnetic induction B = Φ / A, where A is the cross-sectional area through which the magnetic flux Φ penetrates, therefore, it creates a magnetic field H fe = B / µµ 0 , while the magnetic field in non-magnetic substance H air = B / µ 0 . In this case, to determine the current penetrating through the core, the integral ∫Hds is calculated along the closed loop passing through the core and the gap 5g of the saturated core unit 5a. If the size of the gap 5g is large enough so that the integral ∫Hds is dominant, then the inductance L of the wound coil of its core is approximately L = (μ 0 n 2 A) / l air , where l air denotes the thickness of the gap 5g filled with a nonmagnetic substance, and "n" is the number of turns.

Зазор 5g часто применяют в магнитных сердечниках индукторов или трансформаторов при наличии большой постоянной составляющей тока в таких компонентах. Зазор 5g часто именуют "воздушным зазором" и кривую намагничивания изменяют таким образом, чтобы предоставлять или создать увеличенную область, имеющую почти линейную зависимость намагничивания. Следовательно, она представляет собой линейную область, которая должна быть продлена за счет зазора 5g и которую используют, а насыщение вещества, из которого выполнен сердечник, является совершенно нежелательным.The gap 5g is often used in the magnetic cores of inductors or transformers in the presence of a large DC component of the current in such components. The gap 5g is often referred to as the "air gap" and the magnetization curve is changed so as to provide or create an enlarged region having an almost linear dependence of magnetization. Therefore, it is a linear region that must be extended by the 5g gap and which is used, and the saturation of the substance from which the core is made is completely undesirable.

Однако, в третьем предпочтительном варианте осуществления изобретения введен зазор 5g для создания такой характеристики, которая, например, показана на Фиг. 1D. В этом случае зазор 5g, как показано выше, устанавливает эквивалентную индуктивность Lequ сердечника, и это приводит к тому, что он устанавливает ток насыщения Isat ∫Vdtsat/Lequ. Следовательно, третий предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения представляет очень эффективный способ реализации блоков 5a, 5b и 5c с насыщаемым сердечником, каждый из которых имеет линейную характеристику.However, in a third preferred embodiment of the invention, a gap 5g is introduced to create a characteristic which, for example, is shown in FIG. 1D. In this case, the gap 5g, as shown above, sets the equivalent inductance L equ of the core, and this leads to the fact that it sets the saturation current Isat ∫ Vdt sat / L equ . Therefore, a third preferred embodiment of the present invention provides a very efficient way to implement saturable core blocks 5a, 5b and 5c, each of which has a linear characteristic.

ЧЕТВЕРТЫЙ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯFOURTH PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION

На чертеже Фиг. 4 изображена принципиальная электрическая схема, на которой показана конфигурация инвертора большой мощности с принудительной коммутацией согласно четвертому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.In the drawing of FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a high power inverter with forced switching according to a fourth preferred embodiment of the present invention.

В данном предпочтительном варианте осуществления изобретения каждый из блоков 5a, 5b и 5c с насыщаемым сердечником реализован посредством схемы параллельного соединения насыщаемого индуктора 51, 52 или 53 и соответствующего индуктора 71, 72 или 73 линейного электрического реактора, где насыщаемые индукторы 51, 52 и 53 характеризуются интегралом напряжения по времени при насыщении ∫Vdtsat, а линейные электрические реакторы 71, 72 и 73 характеризуются величиной эквивалентной индуктивности Lequ=∫Vdtsat/Isat. Следует отметить, что контроллер 94 функционирует аналогично функционированию контроллера 93.In this preferred embodiment of the invention, each of the saturable core units 5a, 5b and 5c is implemented by parallel connection of the saturable inductor 51, 52 or 53 and the corresponding inductor 71, 72 or 73 of a linear electric reactor, where the saturable inductors 51, 52 and 53 are characterized the voltage integral over time at saturation is ∫Vdt sat , and the linear electric reactors 71, 72 and 73 are characterized by the value of the equivalent inductance L equ = ∫Vdt sat / I sat . It should be noted that the controller 94 functions similarly to the operation of the controller 93.

В инверторе согласно четвертому предпочтительному варианту осуществления изобретения наиболее предпочтительные характеристики каждого из блоков 5a, 5b и 5c с насыщаемым сердечником достигнуты за счет схемы параллельного соединения двух отдельных устройств. В этом случае каждое устройство специально предназначено для одной из предпочтительных характеристик интеграла напряжения по времени при насыщении ∫Vdtsat и эквивалентной индуктивности Lequ в линейной области. Таким образом, реализованы стабильные и имеющие малые потери блоки 5a, 5b и 5c с насыщаемым сердечником. Другими словами, насыщаемые индукторы 51, 52 и 53 выбраны таким образом, что имеют наименьшие потери на гистерезис, а линейные индукторы 71, 72 и 73 рассчитаны только лишь на ток насыщения Isat. Наименьших потерь на гистерезис обычно достигают за счет использования насыщаемого сердечника, имеющего крутую и узкую кривую намагничивания, которая в этом случае приводит к очень малому току насыщения насыщаемого сердечника.In the inverter according to the fourth preferred embodiment of the invention, the most preferred characteristics of each of the saturable core units 5a, 5b and 5c are achieved by the parallel connection of two separate devices. In this case, each device is specifically designed for one of the preferred characteristics of the voltage integral over time at saturation ∫Vdt sat and equivalent inductance L equ in the linear region. Thus, stable and low loss saturable core blocks 5a, 5b, and 5c are implemented. In other words, saturable inductors 51, 52 and 53 are selected in such a way that they have the smallest hysteresis loss, and the linear inductors 71, 72 and 73 are designed only for saturation current I sat . The smallest hysteresis losses are usually achieved by using a saturable core having a steep and narrow magnetization curve, which in this case leads to a very low saturation current of the saturable core.

В отличие от линейного анодного электрического реактора, примененного в инверторе из известного уровня техники, линейный индуктор рассчитан только лишь на ток насыщения Isat. Вследствие этого, низкие потери на гистерезис в паре с низкой проводимостью приводят к высокому КПД инвертора.Unlike the linear anode electric reactor used in the inverter of the prior art, the linear inductor is designed only for saturation current I sat . As a result, low hysteresis losses coupled with low conductivity lead to high inverter efficiency.

ПЯТЫЙ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯFIFTH PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION

На чертежах Фиг. 5A-Фиг. 5E показан инвертор большой мощности с принудительной коммутацией согласно пятому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения. На чертеже Фиг. 5A изображена принципиальная электрическая схема, на которой показана конфигурация блока 5a с насыщаемым сердечником, предназначенного для использования в инверторе большой мощности с принудительной коммутацией согласно пятому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения. В данном предпочтительном варианте осуществления изобретения, показанном на Фиг. 5A, резисторы 511 и 711 включены, соответственно, в состав цепи насыщаемого индуктора 51 и в состав цепи линейного индуктора 71, и они сбалансированы согласно следующему уравнению:In the drawings of FIG. 5A-FIG. 5E shows a high power, high power inverter according to a fifth preferred embodiment of the present invention. In the drawing of FIG. 5A is a circuit diagram illustrating a configuration of a saturable core unit 5a for use in a forced switching high power inverter according to a fifth preferred embodiment of the present invention. In this preferred embodiment of the invention shown in FIG. 5A, resistors 511 and 711 are included respectively in the circuit of the saturable inductor 51 and in the circuit of the linear inductor 71, and they are balanced according to the following equation:

(IDC5a×R511)/R711≤Isat/2 и(I DC5a × R 511 ) / R 711 ≤I sat / 2 and

предпочтительно (IDC5a×R511)/R711≤Isat/5preferably (I DC5a × R 511 ) / R 711 ≤I sat / 5

В эксперименте из Фиг. 5A использованы следующие параметры:In the experiment of FIG. 5A, the following parameters were used:

(a) интеграл напряжения по времени ∫Vdt=2,4 милливольт×секунду для насыщаемого индуктора 51;(a) the voltage integral over time ∫Vdt = 2.4 millivolts × second for saturable inductor 51;

(b) сопротивление резистора 511, R511=10 мкОм (микроом);(b) the resistance of the resistor 511, R 511 = 10 μOhm (microohm);

(c) индуктивность линейного индуктора 71, L71=Lequ=25 мкГн;(c) the inductance of the linear inductor 71, L 71 = L equ = 25 μH;

(d) выходной ток насыщения Isat=96 A;(d) saturation output current I sat = 96 A;

(e) постоянный ток, текущий в блоке 5a с насыщаемым сердечником, IDC5a= -1000 A и(e) direct current flowing in block 5a with a saturable core, I DC5a = -1000 A and

(f) переменный ток, текущий в блоке 5a с насыщаемым сердечником, IAC5a=3000 Apeak.(f) alternating current flowing in block 5a with a saturable core, I AC5a = 3000 A peak .

Ниже приведено объяснение влияния баланса резисторов 511 и 711 на характеристики инвертора со ссылкой на чертежи Фиг. 5B-Фиг. 5E, на которых показаны типичные сигналы блока 5a с насыщаемым сердечником под нагрузкой со смещением постоянной составляющей IDC5a=1000 А в момент времени t1. После этого нагрузку прекращают для проверки возврата сердечника в исходное состояние. На чертежах Фиг. 5B-Фиг. 5E на верхнем графике показан ток I5a, текущий в блоке 5a с насыщаемым сердечником, а на нижнем графике показан ток I71, текущий в линейном индукторе 71, а также показан нормированный магнитный поток или нормированная намагниченность насыщаемого индуктора 51.The following is an explanation of the effect of the balance of resistors 511 and 711 on the characteristics of the inverter with reference to the drawings of FIG. 5B-FIG. 5E, showing typical signals of a saturable core block 5a under load with a DC offset I DC5a = 1000 A at time t 1 . After that, the load is stopped to check the return of the core to its original state. In the drawings of FIG. 5B-FIG. 5E, the upper graph shows the current I 5a flowing in the saturable core block 5a, and the lower graph shows the current I 71 flowing in the linear inductor 71, and also shows the normalized magnetic flux or the normalized magnetization of the saturated inductor 51.

На чертеже Фиг. 5B изображена первая часть временной диаграммы сигналов в несбалансированном случае, на которой показан (a) ток I5a блока 5a с насыщаемым сердечником и (b) ток I71 индуктивности 71 из Фиг. 5A и нормированный магнитный поток F51 насыщаемого индуктора 51 из Фиг. 5A, а на чертеже Фиг. 5C изображена вторая часть временной диаграммы сигналов в несбалансированном случае, на которой показан (a) ток I5a блока 5a с насыщаемым сердечником и (b) ток I71 индуктивности 71 из Фиг. 5A, и нормированный магнитный поток F51 насыщаемого индуктора 51 из Фиг. 5A. На чертежах Фиг. 5B и Фиг. 5C показан несбалансированный случай, в котором R511=R711=10 мкОм (микроом). Как показано на Фиг. 5B, при проверке возврата в исходное состояние через промежуток времени t1=4 миллисекунд блок 5a с сердечником ведет себя следующим образом. В этом случае блок 5a с сердечником возвращается в режим, имеющий состояние насыщения ∫Vdt=0×∫Vdtsat. Однако, как показано на Фиг. 5C, при проверке возврата в исходное состояние через некоторое время в момент времени t1=199 миллисекунд происходит сбой возврата блока 5a с сердечником в исходное состояние следующим образом. В этом случае блок 5a с сердечником возвращается в состояние ∫Vdt= -1×∫Vdtsat.In the drawing of FIG. 5B shows the first part of the signal timing diagram in the unbalanced case, which shows (a) the current I 5a of the saturated core unit 5a and (b) the current I 71 of the inductance 71 of FIG. 5A and normalized magnetic flux F 51 of saturable inductor 51 of FIG. 5A, and in the drawing of FIG. 5C shows the second part of the signal timing diagram in the unbalanced case, which shows (a) the current I 5a of the saturated core unit 5a and (b) the current I 71 of the inductance 71 of FIG. 5A, and the normalized magnetic flux F 51 of the saturable inductor 51 of FIG. 5A. In the drawings of FIG. 5B and FIG. 5C shows an unbalanced case in which R 511 = R 711 = 10 μOhm (microohm). As shown in FIG. 5B, when checking the reset, after a period of time t 1 = 4 milliseconds, the core unit 5a behaves as follows. In this case, the core unit 5a returns to a mode having a saturation state ∫Vdt = 0 × ∫Vdt sat . However, as shown in FIG. 5C, when checking the reset, after some time at time t 1 = 199 milliseconds, the core unit 5a fails to return to the initial state as follows. In this case, the core unit 5a returns to the state ∫Vdt = -1 × ∫Vdt sat .

На чертеже Фиг. 5D изображена первая часть временной диаграммы сигналов в предпочтительном случае, на которой показан (a) ток I5a блока 5a с насыщаемым сердечником и (b) ток I71 индуктивности 71 из Фиг. 5A и нормированный магнитный поток F51 насыщаемого индуктора 51 из Фиг. 5A, а на чертеже Фиг. 5E изображена вторая часть временной диаграммы сигналов в предпочтительном случае, на которой показан (a) ток I5a блока 5a с насыщаемым сердечником и (b) ток I71 индуктивности 71 из Фиг. 5A и нормированный магнитный поток F51 насыщаемого индуктора 51 из Фиг. 5A. На чертежах Фиг. 5D и Фиг. 5E показан предпочтительный случай, в котором R511=10 мкОм и R711=1 мОм (миллиОм). Как показано на Фиг. 5D, при проверке возврата в исходное состояние через промежуток времени t1=4 миллисекунд блок с сердечником 5a ведет себя следующим образом. В этом случае блок 5a с сердечником возвращается в режим, имеющий состояние насыщения ∫Vdt=0×∫Vdtsat. Как показано на Фиг. 5E, при проверке возврата в исходное состояние через некоторое время в момент времени t1=199 миллисекунд блок 5a с сердечником по-прежнему хорошо возвращается в исходное состояние следующим образом. В этом случае блок 5a с сердечником возвращается в состояние ∫Vdt=0,07×∫Vdtsat.In the drawing of FIG. 5D shows the first part of the signal timing diagram in the preferred case, showing (a) the current I 5a of the saturated core unit 5a and (b) the inductance current I 71 of 71 of FIG. 5A and normalized magnetic flux F 51 of saturable inductor 51 of FIG. 5A, and in the drawing of FIG. 5E depicts a second portion of the signal timing diagram in the preferred case, showing (a) the current I 5a of the saturable core unit 5a and (b) the inductance current I 71 of 71 of FIG. 5A and normalized magnetic flux F 51 of saturable inductor 51 of FIG. 5A. In the drawings of FIG. 5D and FIG. 5E shows a preferred case in which R 511 = 10 μOhm and R 711 = 1 mOhm (milliOhm). As shown in FIG. 5D, when checking the reset, after a period of time t 1 = 4 milliseconds, the core block 5a behaves as follows. In this case, the core unit 5a returns to a mode having a saturation state ∫Vdt = 0 × ∫Vdt sat . As shown in FIG. 5E, when checking the reset, after some time at a time t 1 = 199 milliseconds, the core unit 5a still returns well to the initial state as follows. In this case, the core unit 5a returns to the state ∫Vdt = 0.07 × ∫Vdt sat .

Наконец, упомянуто, что должна наблюдаться зависимость от времени. Из Фиг. 5D также понятно, что ток, текущий в линейном индукторе 71 и в резисторе 711 индуктора, задается интегралом напряжения по времени, которое подается на них во время каждого перехода тока блока 5a с насыщаемым сердечником через ноль. Затем ток, текущий в линейном индукторе 71, сохраняется постоянным, поскольку напряжение на блоке 5a с насыщаемым сердечником становится малым. В этом случае постоянная времени резистивно-индуктивной цепи (RL-цепи) из компонентов 71 и 711, должна быть достаточно большой для удержания тока, удовлетворяя следующим соотношениям:Finally, it is mentioned that a time dependence should be observed. From FIG. 5D it is also clear that the current flowing in the linear inductor 71 and in the resistor 711 of the inductor is determined by the integral of the voltage over the time that is supplied to them during each current transition of the saturated block 5a through zero. Then, the current flowing in the linear inductor 71 is kept constant, since the voltage on the saturated core unit 5a becomes small. In this case, the time constant of the resistive inductive circuit (RL circuit) of the components 71 and 711 should be large enough to hold the current, satisfying the following relationships:

τ71-711>2×tH, и τ71-711>2×tL,τ 71-711> 2 × t H, and τ 71-711> 2 × t L,

где tH и tL обозначают значения продолжительности по времени, соответственно, положительного и отрицательного токов в блоке 5a с насыщаемым сердечником. Кроме того, постоянная времени определяется значениями сопротивления R711 и индуктивности L7 следующим образом:where t H and t L denote the values of the time duration, respectively, of the positive and negative currents in block 5a with a saturated core. In addition, the time constant is determined by the values of the resistance R 711 and inductance L 7 as follows:

τ71-711=L71/R711 τ 71-711 = L 71 / R 711

В таком случае делают следующий вывод о верхнем пределе:In this case, make the following conclusion about the upper limit:

R711<1/2×L71/tH, и R711<1/2×L71/tL R 711 <1/2 × L 71 / t H, and R 711 <1/2 × L 71 / t L

Кроме того, предпочтительным является даже значительно более высокое сохранение тока. Следовательно, более предпочтительными являются следующие соотношения:Furthermore, even significantly higher current storage is preferred. Therefore, the following ratios are more preferred:

R711<1/4×L71/tH, и R711<1/4×L71/tL.R 711 <1/4 × L 71 / t H, and R 711 <1/4 × L 71 / t L.

Инвертор согласно пятому предпочтительному варианту осуществления изобретения может надежно выполнять правильный сброс блока 5a с насыщаемым сердечником в исходное состояние.An inverter according to a fifth preferred embodiment of the invention can reliably correctly reset a saturated core unit 5a to its initial state.

ШЕСТОЙ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯSIXTH PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION

На чертеже Фиг. 6A изображена принципиальная электрическая схема, на которой показана конфигурация инвертора большой мощности с принудительной коммутацией согласно шестому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения. В частности, данный предпочтительный вариант осуществления изобретения ориентирован на обратное восстановление обратного диода 22 и обратного диода 24, которые показаны на Фиг. 6A, но с тем же успехом может быть применен для других конфигураций, таких как, например, схема прерывателя, трехуровневый инвертор и т.п. Следует отметить, что контроллер 96 функционирует аналогично функционированию контроллера 92.In the drawing of FIG. 6A is a circuit diagram illustrating a configuration of a high power, high power inverter according to a sixth preferred embodiment of the present invention. In particular, this preferred embodiment of the invention is focused on reverse recovery of the reverse diode 22 and reverse diode 24, which are shown in FIG. 6A, but with the same success can be applied to other configurations, such as, for example, a circuit breaker, a three-level inverter, etc. It should be noted that the controller 96 functions similarly to the operation of the controller 92.

Высоковольтные обратные диоды 22 и 24 обычно имеют тенденцию становиться "мгновенно действующими", если они рассчитаны на высокую скорость и на низкие потери при обратном восстановлении. Мгновенное действие проявляется в конце процесса обратного восстановления. В этом случае извлечение всех носителей заряда происходит внезапно, а затем обратный ток восстановления падает до тока, равного нулю. Вследствие этого в них наблюдаются большие всплески и колебания избыточного напряжения.High voltage reverse diodes 22 and 24 usually tend to become "instantaneous" if they are designed for high speed and low losses during reverse recovery. Instantaneous action appears at the end of the reverse recovery process. In this case, the extraction of all charge carriers occurs suddenly, and then the reverse recovery current drops to a current equal to zero. As a result of this, large surges and fluctuations of excess voltage are observed in them.

Характер мгновенного действия сильно зависит от прямого тока, текущего в каждом из диодов 22 и 24. При большом прямом токе при высокой нагрузке каждый из диодов 22 и 24 обычно может иметь относительно плавный характер поведения, но при малом прямом токе он является настолько мгновенного действующим, что он может быть разрушен уже при относительно малой скорости нарастания dI/dt.The nature of the instantaneous action strongly depends on the direct current flowing in each of the diodes 22 and 24. With a large forward current at a high load, each of the diodes 22 and 24 can usually have a relatively smooth behavior, but with a small forward current it is so instantaneous that it can be destroyed even at a relatively low slew rate dI / dt.

В традиционной схеме из известного уровня техники, которая представляет собой схему прерывателя из Фиг. 1A без блока 5a с насыщаемым сердечником, режим обратного восстановления каждого из диодов 22 и 24 зафиксирован одинаковой скоростью нарастания dI/dt в случае малого и большого прямого тока. Тогда в случае малого прямого тока это приводит к сравнительно большому обратному току восстановления. В этом случае максимум обратного тока восстановления и максимум обратного напряжения восстановления возникают одновременно во времени. Вышеупомянутое условие привязки по времени является характерным для чисто индуктивной нагрузки, и именно она наиболее необходима для диодов 22 и 24.In the conventional circuit of the prior art, which is the circuit breaker of FIG. 1A without block 5a with a saturable core, the reverse recovery mode of each of the diodes 22 and 24 is fixed by the same slew rate dI / dt in the case of small and large forward current. Then, in the case of a small forward current, this leads to a relatively large reverse recovery current. In this case, the maximum of the reverse recovery current and the maximum of the reverse recovery voltage occur simultaneously in time. The aforementioned condition of timing in time is characteristic of a purely inductive load, and it is precisely it that is most needed for diodes 22 and 24.

В отличие от традиционной схемы прерывателя инвертор большой мощности с принудительной коммутацией согласно второму предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения может справиться с трудной ситуацией обратного восстановления в случае малого прямого тока намного лучше, как уже показано на Фиг. 2J. Дальнейшее усовершенствование достигнуто посредством шестого предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения.Unlike the conventional chopper circuit, a high power, high-power inverter according to a second preferred embodiment of the present invention can cope with the difficult situation of reverse recovery in the case of low forward current much better, as already shown in FIG. 2J. Further improvement has been achieved through a sixth preferred embodiment of the present invention.

На чертеже Фиг. 6B изображена временная диаграмма сигналов, на которой показано напряжение V5a блока 5a с насыщаемым сердечником из Фиг. 6A, а также напряжение V22 и ток I22 обратного диода 22 из Фиг. 6A, когда схема 3 фиксации уровня содержит фиксирующий резистор 331 с типичной индуктивностью 331a рассеяния фиксирующего резистора, равной 1,5 мкГн (микрогенри). Выходной ток Iout установлен равным Iout=100 A.In the drawing of FIG. 6B is a signal timing diagram showing the voltage V 5a of the saturated core unit 5a of FIG. 6A, as well as voltage V 22 and current I 22 of the reverse diode 22 of FIG. 6A, when the level locking circuit 3 comprises a clamping resistor 331 with a typical scattering inductance 331a of a clamping resistor of 1.5 μH (microgenry). The output current I out is set to I out = 100 A.

Инвертор большой мощности с принудительной коммутацией согласно шестому предпочтительному варианту осуществления изобретения особо ориентирован на такую трудную ситуацию обратного восстановления в случае малого прямого тока. Шестой предпочтительный вариант осуществления изобретения дополнительно содержит схему 33 сброса напряжения уровня фиксации, которая состоит из схемы параллельного соединения, содержащей следующие схемы:A forced-switched high power inverter according to a sixth preferred embodiment of the invention is particularly oriented to such a difficult reverse recovery situation in the case of a small forward current. The sixth preferred embodiment of the invention further comprises a clamp level reset circuit 33, which consists of a parallel connection circuit comprising the following circuits:

(a) схему параллельного соединения, содержащую фиксирующий резистор 331 и индуктивность 331a рассеяния (или эквивалентную индуктивность) фиксирующего резистора; и(a) a parallel connection circuit comprising a clamp resistor 331 and a leakage inductance 331a (or equivalent inductance) of a clamp resistor; and

(b) схему параллельного соединения из резистивно-емкостной цепи (RC-цепи) с низким полным сопротивлением, которая содержит резистор 333, ограничивающий импульсы, импульсный конденсатор 334 и индуктивность 334a рассеяния.(b) a low impedance resistive-capacitive circuit (RC) parallel circuit, which includes a pulse limiting resistor 333, a pulse capacitor 334, and a leakage inductance 334a.

Вышеупомянутая резистивно-емкостная (RC) цепь рассчитана таким образом, что наибольший вклад в общий ток схемы 33 сброса напряжения уровня фиксации она вносит в самом начале приема изменения напряжения. Это приводит к тому, что резистивно-емкостная цепь увеличивает обратный ток восстановления диода в самом начале, а позже она добавляет демпфирование к индуктивности 331a рассеяния фиксирующего резистора.The aforementioned resistive-capacitive (RC) circuit is designed in such a way that it makes the greatest contribution to the total current of the voltage level circuit 33 of the fixation level at the very beginning of the reception of the voltage change. This causes the capacitive circuit to increase the reverse recovery current of the diode at the very beginning, and later it adds damping to the leakage inductance 331a of the clamp resistor.

На чертеже Фиг. 6C изображена временная диаграмма сигналов, на которой показано напряжение V5a блока 5a с насыщаемым сердечником из Фиг. 6A, а также напряжение V22 и ток I22 обратного диода 22 из Фиг. 6A, когда непосредственно в самом начале происходит усиление обратного тока восстановления, текущего через диод, а позже к индуктивности рассеяния фиксирующего резистора 331a добавлено демпфирование. Как показано на Фиг. 6C, обратное восстановление обратного диода 22 (или 24) стало чрезвычайно плавным и обеспечена чрезвычайно хорошая поддержка для диода 22 (или 24) во время накопления заряда.In the drawing of FIG. 6C is a signal timing chart showing the voltage V 5a of the saturated core unit 5a of FIG. 6A, as well as voltage V 22 and current I 22 of the reverse diode 22 of FIG. 6A, when the reverse recovery current flowing through the diode is amplified immediately at the very beginning, and damping is added to the dissipation inductance of the fixing resistor 331a. As shown in FIG. 6C, the reverse recovery of the reverse diode 22 (or 24) has become extremely smooth and provided extremely good support for the diode 22 (or 24) during charge accumulation.

СЕДЬМОЙ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯSEVENTY PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION

На чертеже Фиг. 7A изображена принципиальная электрическая схема, на которой показана конфигурация инвертора большой мощности с принудительной коммутацией согласно седьмому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения. Данный предпочтительный вариант осуществления изобретения ориентирован на уменьшение потерь. Следует отметить, что контроллер 97 функционирует аналогично функционированию контроллера 92.In the drawing of FIG. 7A is a circuit diagram illustrating a configuration of a high power forced-switching inverter according to a seventh preferred embodiment of the present invention. This preferred embodiment of the invention is aimed at reducing losses. It should be noted that the controller 97 functions similarly to the operation of the controller 92.

На чертеже Фиг. 7B изображена временная диаграмма сигналов в случае без наличия какого-либо сердечника 336, вызывающего задержку, на которой показано напряжение V5a блока 5a с насыщаемым сердечником, напряжение V5b блока 5b с насыщаемым сердечником, напряжение V22 и ток I22 обратного диода 22, и ток I33 схемы 33 сброса напряжения уровня фиксации. В этом случае выходной ток Iout установлен равным Iout=3000 A.In the drawing of FIG. 7B is a timing diagram of signals in the case without any core 336 causing a delay, which shows the voltage V 5a of the saturated core block 5a, the voltage V 5b of the saturated core block 5b, the voltage V 22 and the current I 22 of the reverse diode 22, and current I 33 of the clamp level reset circuit 33. In this case, the output current I out is set to I out = 3000 A.

Из Фиг. 7B понятно, что при высоком токе нагрузки в схеме 33 сброса напряжения уровня фиксации в течение относительно длительного промежутка времени (t1-t2) протекает относительно большой ток без какого-либо влияния на обратное восстановление соответствующих обратных диодов 22 и 24. Промежуток времени (t1-t2) порожден переходом блока 5b с насыщаемым сердечником из одного состояния в другое, который позволяет устройству 21 запираемого вентиля питаться током из схемы 3 фиксации уровня. Вышеупомянутый электрический ток вызывает рассеяние мощности в схеме 33 сброса напряжения уровня фиксации.From FIG. 7B, it is understood that at a high load current in the circuit 33, the voltage of the fixation level for a relatively long period of time (t 1 -t 2 ) a relatively large current flows without any effect on the reverse recovery of the corresponding reverse diodes 22 and 24. t 1 -t 2 ) is generated by the transition of block 5b with a saturable core from one state to another, which allows the device 21 of the lockable valve to be supplied with current from the level fixing circuit 3. The aforementioned electric current causes power dissipation in the clamp level reset circuit 33.

Согласно седьмому предпочтительному варианту осуществления изобретения в линию фиксирующего резистора 331 и индуктивности 331a рассеяния фиксирующего резистора дополнительно введен сердечник 336, вызывающий задержку. Вышеупомянутым сердечником 336, вызывающим задержку, может являться просто другой насыщаемый сердечник. Однако действующее значение тока, текущего в сердечнике 336, вызывающем задержку, является значительно меньшим, чем ток, текущий в каждом из основных блоков 5a, 5b и 5c с насыщаемым сердечником. Следовательно, сердечник 336, вызывающий задержку, может быть выполнен значительно меньшим, чем сердечник каждого из блоков 5a, 5b и 5c с насыщаемым сердечником.According to a seventh preferred embodiment of the invention, a delay core is additionally inserted into the line of the fixing resistor 331 and the leakage inductance 331a of the fixing resistor. The aforementioned delay causing core 336 may simply be another saturable core. However, the effective value of the current flowing in the core 336 causing the delay is much smaller than the current flowing in each of the saturable core blocks 5a, 5b and 5c. Therefore, the core 336 causing the delay can be made much smaller than the core of each of the saturated core blocks 5a, 5b and 5c.

На чертеже Фиг. 7C изображена временная диаграмма сигналов в случае с наличием сердечника 336, вызывающего задержку, на которой показано напряжение V5a блока 5a с насыщаемым сердечником, напряжение V5b блока 5b с насыщаемым сердечником, напряжение V22 и ток I22 обратного диода 22, и ток I33 схемы 33 сброса напряжения уровня фиксации. Из чертежа Фиг. 7C понятно, что сердечник 336, вызывающий задержку, задерживает ток I33, текущий в ограничительном резисторе 331. Вследствие этого достигнуто уменьшение потерь, в особенности, при большом рабочем токе.In the drawing of FIG. 7C shows a timing diagram of signals in the case of a core 336 causing a delay, showing the voltage V 5a of the saturated core block 5a, the voltage V 5b of the saturated core block 5b, the voltage V 22 and the current I 22 of the reverse diode 22, and the current I 33 circuit 33 reset voltage level fixation. From the drawing of FIG. 7C, it is understood that the delay causing core 336 delays the current I 33 flowing in the limiting resistor 331. As a result, a reduction in losses is achieved, especially with a large operating current.

ПРИГОДНОСТЬ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В ПРОМЫШЛЕННЫХ ЦЕЛЯХSUITABILITY FOR INDUSTRIAL PURPOSES

Как подробно изложено выше, согласно вышеупомянутому устройству инвертора большой мощности с принудительной коммутацией, поскольку в устройстве инвертора с принудительной коммутацией, которое имеет встроенное четко определенное исходное состояние и принудительное воздействие, используют блок с насыщаемым сердечником, то при четко определенном применении может быть реализовано четко определенное функционирование почти в любых условиях. Вследствие этого может быть реализовано надежное управление током обратного восстановления диода.As described in detail above, according to the aforementioned device of a high power inverter with forced switching, since the device of the inverter with forced switching, which has a built-in clearly defined initial state and forced action, use a block with a saturable core, a well-defined application can be realized functioning in almost any environment. As a result, reliable control of the reverse recovery current of the diode can be realized.

Claims (13)

1. Устройство инвертора большой мощности с принудительной коммутацией, имеющее максимальный номинальной выходной ток IRout, содержащее: по меньшей мере, один конденсатор связи по постоянному току, имеющий пульсацию напряжения, характеризующуюся максимальным значением dVm абсолютной величины скорости нарастания dVDC/dt, которое удовлетворяет соотношению dVm≤dVDC/dt≤dVm;
по меньшей мере, одну анодную индуктивность рассеяния, соединенную последовательно с конденсатором связи по постоянному току;
по меньшей мере, одно плечо переключателя, включающее в себя схему последовательного соединения, по меньшей мере, одного устройства запираемого вентиля и, по меньшей мере, одного обратного диода;
по меньшей мере, одну схему фиксации уровня, включающую в себя, по меньшей мере, один фиксирующий конденсатор, по меньшей мере, один фиксирующий диод и, по меньшей мере, одну схему сброса напряжения уровня фиксации, которая включает в себя, по меньшей мере, один резистор и, по меньшей мере, один блок с насыщаемым сердечником,
в котором упомянутый, по меньшей мере, один блок с насыщаемым сердечником имеет одну из линейной характеристики насыщения и плавной характеристики насыщения, каждая из которых имеет ток насыщения, равный Isat, и в котором ток насыщения Isat установлен таким образом, что он является большим, чем ток смещения, создаваемый вследствие скорости нарастания dVm, при емкости C31 упомянутого, по меньшей мере, одного фиксирующего конденсатора, чтобы удовлетворялось соотношение
IRout>Isat>C31×dVm.
1. The device is a high power inverter with forced switching, having a maximum rated output current I Rout , comprising: at least one DC coupling capacitor having a voltage ripple characterized by a maximum value dV m of the absolute value of the slew rate dV DC / dt, which satisfies the relation dV m ≤ dV DC / dt≤dV m ;
at least one anode dissipation inductance connected in series with the coupling capacitor for direct current;
at least one switch arm including a series connection of at least one lockable valve device and at least one reverse diode;
at least one level fixing circuit including at least one fixing capacitor, at least one fixing diode and at least one fixing level voltage reset circuit, which includes at least one resistor and at least one saturable core block,
wherein said at least one saturable core unit has one of a linear saturation characteristic and a smooth saturation characteristic, each of which has a saturation current equal to I sat , and wherein a saturation current I sat is set so that it is large than the bias current generated due to the slew rate dV m , with capacitance C 31 of the at least one fixing capacitor, so that the ratio
I Rout > I sat > C 31 × dV m .
2. Устройство инвертора большой мощности с принудительной коммутацией по п.1, в котором ток насыщения Isat установлен таким образом, что удовлетворяет соотношению
IRout>Isat>4×C31×dVm.
2. The high power inverter device with forced switching according to claim 1, in which the saturation current I sat is set in such a way that satisfies the relation
I Rout > I sat > 4 × C 31 × dV m .
3. Устройство инвертора большой мощности с принудительной коммутацией по п.1 или 2,
в котором ток насыщения Isat установлен таким образом, что удовлетворяет соотношению
IRout/5>Isat>C31×dVm.
3. The device is a high power inverter with forced switching according to claim 1 or 2,
in which the saturation current I sat is set in such a way that satisfies the relation
I Rout / 5> I sat > C 31 × dV m .
4. Устройство инвертора большой мощности с принудительной коммутацией по п.1 или 2, в котором ток насыщения Isat установлен таким образом, что удовлетворяет соотношению
IRout/5>Isat>4×C31×dVm.
4. The high-power inverter device with forced switching according to claim 1 or 2, in which the saturation current I sat is set in such a way that satisfies the relation
I Rout / 5> I sat > 4 × C 31 × dV m .
5. Устройство инвертора большой мощности с принудительной коммутацией по п.1 или 2, в котором упомянутый, по меньшей мере, один обратный диод имеет анодный электрический реактор, настроенный на допустимую мощность Prrlar(I) обратного восстановления, вызывающую вредное воздействие, которая определена использованием настроенных линейных анодных электрических реакторов, в котором упомянутый, по меньшей мере, один блок с насыщаемым сердечником имеет интеграл напряжения насыщения по времени ∫Vdtsat, в котором упомянутый инвертор большой мощности с принудительной коммутацией создает мощность Prr(I) обратного восстановления, вызывающую вредное воздействие на упомянутый, по меньшей мере, один обратный диод, в котором интеграл напряжения насыщения по времени ∫Vdtsat выбран таким образом, что Prr(I)≤Prrlar(I) для упомянутых диодов, находящихся под вредным воздействием при обратном восстановлении, которое вызвано тем, что выходной ток инвертора находится в пределах интервала 0<Iout≤IRout, и в котором интеграл напряжения насыщения по времени ∫Vdtsat выбран таким образом, что Prr(I)≤1/2×Prrlar(I), по меньшей мере, для одного диода, находящегося под вредным воздействием при обратном восстановлении из упомянутых диодов, по меньшей мере, для одного уровня тока Iout, которое вызвано тем, что выходной ток инвертора находится в пределах интервала 0<Iout≤IRout.5. The device of the high power inverter with forced switching according to claim 1 or 2, in which the said at least one reverse diode has an anode electric reactor tuned to an allowable power P rrlar (I) reverse recovery, causing harmful effects, which is determined using the adjusted linear electric anode reactors, wherein said at least one saturable core unit has an integral with respect to time of voltage saturation ∫Vdt sat, wherein said high power inverter forced commutation generates power P rr (I) reverse recovery causing harmful effects on the at least one freewheeling diode, wherein the time integral ∫Vdt sat saturation voltage is selected such that Prr (I) ≤P rrlar ( I) for the aforementioned diodes that are affected by the reverse recovery, which is caused by the inverter output current falling within the interval 0 <I out ≤I Rout , and in which the time saturation voltage integral ∫Vdt sat is chosen so that P rr (I) ≤1 / 2 × P rrlar (I), according IU shey least one diode which is under the influence of the harmful reverse recovery diodes of said at least one current level of I out, which is caused by the fact that the inverter output current is within the range 0 <I out ≤I Rout. 6. Устройство инвертора большой мощности с принудительной коммутацией по п.1 или 2, в котором упомянутый, по меньшей мере, один блок с насыщаемым сердечником содержит, по меньшей мере, один насыщаемый индуктор, имеющий, по меньшей мере, один зазор, заполненный немагнитным веществом, вследствие чего упомянутый, по меньшей мере, один блок с насыщаемым сердечником имеет ток насыщения Isat.6. The device is a high power inverter with forced switching according to claim 1 or 2, in which the said at least one block with a saturable core contains at least one saturable inductor having at least one gap filled with non-magnetic substance, whereby the aforementioned at least one block with a saturable core has a saturation current I sat . 7. Устройство инвертора большой мощности с принудительной коммутацией по п.1 или 2, в котором упомянутый, по меньшей мере, один блок с насыщаемым сердечником содержит, по меньшей мере, один насыщаемый индуктор и, по меньшей мере, один линейный индуктор, который подключен параллельно упомянутому, по меньшей мере, одному насыщаемому индуктору, в котором упомянутый, по меньшей мере, один насыщаемый индуктор отличается интегралом напряжения насыщения по времени ∫Vdtsat упомянутого, по меньшей мере, одного блока с насыщаемым сердечником и в котором упомянутый, по меньшей мере, один линейный индуктор имеет индуктивность L71=Lequ=∫Vdtsat, полученную из интеграла напряжения насыщения по времени ∫Vdtsat и тока насыщения Isat упомянутого, по меньшей мере, одного блока с насыщаемым сердечником.7. The device of the high power inverter with forced switching according to claim 1 or 2, in which the said at least one block with a saturable core contains at least one saturable inductor and at least one linear inductor, which is connected parallel to said at least one saturable inductor, wherein said at least one saturable inductor is characterized by a time saturation voltage integral ∫Vdt sat of said at least one saturable core block, and in which said at least one linear inductor has an inductance L 71 = L equ = ∫ Vdt sat obtained from the integral of the saturation voltage over time ∫ Vdt sat and the saturation current I sat of said at least one saturable core block. 8. Устройство инвертора большой мощности с принудительной коммутацией по п.7, в котором в упомянутом, по меньшей мере, одном блоке с насыщаемым сердечником течет максимальная составляющая постоянного тока IDC5a, в котором упомянутый, по меньшей мере, один блок с насыщаемым сердечником дополнительно содержит, по меньшей мере, одно сопротивление шины насыщаемого сердечника R511 и, по меньшей мере, одно сопротивление индуктора R711, и в котором упомянутое, по меньшей мере, одно сопротивление R511 шины насыщаемого сердечника и упомянутое, по меньшей мере, одно сопротивление R711 индуктора установлены таким образом, что удовлетворяют приведенным ниже уравнениям, где tH - длительность положительного тока и tL - длительность отрицательного тока, текущего в упомянутом блоке с насыщаемым сердечником:
(IDC5a×R511)/R711≤1/2×Isat и
R711<1/2×L71/tH и R711<1/2×L71/tL.
8. The device of the high-power inverter with forced switching according to claim 7, in which in said at least one block with a saturable core flows the maximum DC component I DC5a , in which said at least one block with a saturable core contains at least one saturable core bus resistance R 511 and at least one inductor resistance R 711 , and wherein said at least one saturable core bus resistance R 511 and said at least at least one inductor resistance R 711 is set in such a way that they satisfy the equations below, where t H is the duration of the positive current and t L is the duration of the negative current flowing in the saturable core block:
(I DC5a × R 511 ) / R 711 ≤1 / 2 × I sat and
R 711 <1/2 × L 71 / t H and R 711 <1/2 × L 71 / t L.
9. Устройство инвертора большой мощности с принудительной коммутацией по п.8, в котором упомянутое, по меньшей мере, одно сопротивление R511 шины насыщаемого сердечника и упомянутое, по меньшей мере, одно сопротивление R711 индуктора установлены таким образом, что удовлетворяют следующим уравнениям:
(IDC5a×R511)/R711≤1/2×Isat и
R711<1/4×L71/tH и R711<1/4×L71/tL.
9. The high-power forced-switching inverter device of claim 8, wherein said at least one saturated core bus resistance R 511 and said at least one inductor resistance R 711 are set in such a way that they satisfy the following equations:
(I DC5a × R5 11 ) / R 711 ≤1 / 2 × I sat and
R 711 <1/4 × L 71 / t H and R 711 <1/4 × L 71 / t L.
10. Устройство инвертора большой мощности с принудительной коммутацией по п.8, в котором упомянутое, по меньшей мере, одно сопротивление R511 шины насыщаемого сердечника и упомянутое, по меньшей мере, одно сопротивление R711 индуктора установлены таким образом, что удовлетворяют следующим уравнениям:
(IDC5a×R511)/R711≤1/5×Isat и
R711<1/2×L71/tH и R711<1/2×L71/tL.
10. The high-power forced-switching inverter device of claim 8, wherein said at least one saturated core bus resistance R 511 and said at least one inductor resistance R 711 are set in such a way that they satisfy the following equations:
(I DC5a × R 511 ) / R 711 ≤1 / 5 × I sat and
R 711 <1/2 × L 71 / t H and R 711 <1/2 × L 71 / t L.
11. Устройство инвертора большой мощности с принудительной коммутацией по п.8, в котором упомянутое, по меньшей мере, одно сопротивление R511 шины насыщаемого сердечника и упомянутое, по меньшей мере, одно сопротивление R711 индуктора установлены таким образом, что удовлетворяют следующим уравнениям:
(IDC5a×R511)/R711≤1/5×Isat и
R711<1/4×L7l/tH и R711<1/4×L71/tL.
11. The forced-switching high-power inverter device of claim 8, wherein said at least one saturated core bus resistance R 511 and said at least one inductor resistance R 711 are set in such a way that they satisfy the following equations:
(I DC5a × R 511 ) / R 711 ≤1 / 5 × I sat and
R 711 <1/4 × L 7l / tH; and R 711 <1/4 × L 71 / t L.
12. Устройство инвертора большой мощности с принудительной коммутацией по п.1 или 2,
в котором упомянутая, по меньшей мере, одна схема сброса напряжения уровня фиксации дополнительно содержит, по меньшей мере, один фиксирующий резистор, по меньшей мере, один импульсный конденсатор и, по меньшей мере, один резистор, ограничивающий импульсы.
12. The device is a high power inverter with forced switching according to claim 1 or 2,
wherein said at least one fixation level voltage reset circuit further comprises at least one fixing resistor, at least one pulse capacitor and at least one pulse limiting resistor.
13. Устройство инвертора большой мощности с принудительной коммутацией по п.12, в котором упомянутая, по меньшей мере, одна схема сброса напряжения уровня фиксации дополнительно содержит, по меньшей мере, один сердечник, вызывающий задержку. 13. The device of the high power inverter with forced switching according to item 12, in which the aforementioned at least one circuit reset voltage level fixation additionally contains at least one core, causing a delay.
RU2009132468/09A 2007-01-30 2007-01-30 Design of inverter with forced switching RU2400916C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009132468/09A RU2400916C1 (en) 2007-01-30 2007-01-30 Design of inverter with forced switching

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009132468/09A RU2400916C1 (en) 2007-01-30 2007-01-30 Design of inverter with forced switching

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2400916C1 true RU2400916C1 (en) 2010-09-27

Family

ID=42940558

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009132468/09A RU2400916C1 (en) 2007-01-30 2007-01-30 Design of inverter with forced switching

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2400916C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU168787U1 (en) * 2016-05-17 2017-02-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова" THREE-PHASE THREE-LEVEL VOLTAGE INVERTER CONTROL DEVICE WITH FIXED NEUTRAL POINT

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU168787U1 (en) * 2016-05-17 2017-02-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова" THREE-PHASE THREE-LEVEL VOLTAGE INVERTER CONTROL DEVICE WITH FIXED NEUTRAL POINT

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2599261C2 (en) Submodule for modular multistage frequency converter
JP3422002B2 (en) DC-DC converter circuit and inductive load drive device using the DC-DC converter circuit
EP0975084B1 (en) Method and apparatus for switching circuit system including a saturable core device
US6563723B2 (en) Fault tolerant power supply circuit
US7315439B2 (en) Method and circuit arrangement for limiting an overvoltage
AU2002327436A1 (en) Fault tolerant power supply circuit
US20040052011A1 (en) Arc suppression circuit for electrical contacts
US20160336743A1 (en) Methods and systems of impedance source semiconductor device protection
US5063488A (en) Switching power source means
RU2139620C1 (en) Current limiter
US6373732B1 (en) Apparatus and method for parallel synchronous power converters
EP0399313A2 (en) Inverter circuit utilizing the reserve voltage capabilities of symmetrical gate turn off thyristors
JPS5895979A (en) Reactive snubber circuit for inductive load clamp diode
RU2400916C1 (en) Design of inverter with forced switching
US5952738A (en) Switching circuit for an inductive load
US9537394B2 (en) Switch protection i auxiliary resonant circuit
EP1396926A1 (en) DC-DC converter with active clamp circuit
JP4630904B2 (en) Self-excited inverter device
JP3390602B2 (en) DC / DC converter device
WO2020132440A1 (en) Intrinsically safe circuitry
US10754366B2 (en) Power switching circuits having a saturable inductor
US11558050B2 (en) Switching arrangement
US20030169023A1 (en) Circuit for reducing switching losses in electronic valves
US20230012109A1 (en) Over-voltage protection circuitry
KR100286952B1 (en) Current limiter