RU2438225C1

RU2438225C1 - Self-excited voltage inverter (versions)

Info

Publication number: RU2438225C1
Application number: RU2010138411/07A
Authority: RU
Inventors: Александр Григорьевич Иванов (RU); Александр Григорьевич Иванов; Владислав Леонидович Арзамасов (RU); Владислав Леонидович Арзамасов
Priority date: 2010-09-16
Filing date: 2010-09-16
Publication date: 2011-12-27

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: in the proposed versions of the device, which contain rectifier, bridge single-phase converter made on semiconductor switches and anti-parallel diodes, active-inductive load and control system consisting of pulse generator and two identical control channels containing the shapers of control pulses, the outputs of which are connected to the appropriate inputs of semiconductor switches. Semiconductor switches Re provided on 2 transistors and 2 thyristors; pulse generator is provided with two opposite phase outputs, and shapers of control pulses with output signals of various duration in each control channel. As per the third and the fourth versions, the control member providing the control of output voltage of self-excited voltage inverter is introduced to the control system.

EFFECT: simplifying the device and control circuit and improving reliability of the device as a whole.

4 cl, 6 dwg

Description

Изобретения относятся к электротехнике, в частности к области преобразовательной техники для преобразователей низкой частоты.The invention relates to electrical engineering, in particular to the field of converter technology for low frequency converters.

Известен автономный инвертор напряжения (далее АИН), выполненный на базе двухоперационных запираемых тиристорах с широтно-импульсным регулированием и звеном постоянного тока, выполненным на выпрямителе с конденсаторным фильтром (Руденко B.C., Сенько В.И., Чиженко И.М. Основы преобразовательной техники. / М.: Высшая школа, 1980, с.237-240). Преобразование постоянного напряжения в переменное для питания активно-индуктивной нагрузки заданной частоты происходит за счет переключения диагонально расположенных пар тиристоров импульсами, смещенными на 180° эл. При переключении ключей электромагнитная энергия нагрузки сбрасывается в батарею конденсаторов источника постоянного напряжения. Емкость батареи конденсаторов С достигает большой величины, особенно при низких частотах f и больших токах АИН:Known autonomous voltage inverter (hereinafter AIN), made on the basis of two-operational lockable thyristors with pulse-width regulation and a DC link made on a rectifier with a capacitor filter (Rudenko BC, Senko V.I., Chizhenko I.M. Fundamentals of converter technology. / M.: Higher School, 1980, p. 237-240). The conversion of direct voltage to alternating current for supplying an active-inductive load of a given frequency occurs due to switching diagonally arranged pairs of thyristors with pulses offset by 180 ° el. When switching the keys, the electromagnetic energy of the load is discharged into the capacitor bank of the DC voltage source. The capacity of the capacitor bank C reaches a large value, especially at low frequencies f and high currents AIN:

где I - ток нагрузки;where I is the load current;

t=1/f - время протекания тока через батарею конденсаторов;t = 1 / f is the current flow time through the capacitor bank;

ΔU - допустимая величина перенапряжения на конденсаторах;ΔU is the permissible value of the overvoltage on the capacitors;

f - частота генератора импульсов.f is the frequency of the pulse generator.

При токе в несколько сотен ампер и малых частотах f (менее 5 Гц) емкость батареи конденсаторов может достигать величин фарад.At a current of several hundred amperes and low frequencies f (less than 5 Hz), the capacitance of a capacitor bank can reach farads.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению и взятым за прототип является АИН, выполненный на однооперационных полупроводниковых ключах, выполненных на тиристорах (далее тиристоры), с активно-индуктивной нагрузкой и двухканальной системой управления СУ (Розанов Ю.К. Основы силовой электроники./ М.: Энергоатомиздат, 1992, с.235-237). Работа устройства основана на широтно-импульсном регулировании ключей VS₁-VS₄, которые зашунтированы обратными диодами VD₁-VD₄ и подключены по входу АИН к источнику постоянного напряжения U_d, который при питании от сети переменного тока состоит из выпрямителя с параллельным конденсатором. Пары тиристоров VS₁, VS₄ и VS₃, VS₂ переключаются противофазными импульсами с частотой f с помощью вспомогательных коммутирующих тиристоров VS₁'-VS₄' и реактивных элементов С_к, L_к, которые могут быть исключены, например, при использовании транзисторов и полностью управляемых тиристоров.The closest in technical essence to the claimed solution and taken as a prototype is an AIN made on single-operational semiconductor switches made on thyristors (hereinafter referred to as thyristors), with an active-inductive load and a two-channel control system for control systems (Rozanov Yu.K. Fundamentals of power electronics. / M .: Energoatomizdat, 1992, p. 235-237). The operation of the device is based on pulse-width regulation of switches VS ₁ -VS ₄ , which are shunted by the reverse diodes VD ₁ -VD ₄ and are connected at the AIN input to a constant voltage source U _d , which when powered by an AC network consists of a rectifier with a parallel capacitor. The pairs of thyristors VS ₁ , VS ₄ and VS ₃ , VS _{2 are} switched by antiphase pulses with a frequency f using auxiliary switching thyristors VS ₁ '-VS ₄ ' and reactive elements C _k , L _k , which can be eliminated, for example, when using transistors and fully controlled thyristors.

В устройстве также содержатся задающие генераторы ЗГ₁, ЗГ₂, управляющие фазосдвигающие устройства ФУ, ФУ₁-ФУ₄, пересчетно-распределительные устройства ПРУ₁, ПРУ₂, формирователи выходных импульсов для ключей, выполненных на тиристорах ФИ₁-ФИ₄ и ФИ₁'-ФИ₄'.The device also contains master generators ЗГ ₁ , ЗГ ₂ , control phase-shifting devices ФУ, ФУ _1- ФУ ₄ , switchgear and control gear ПРУ ₁ , ПРУ ₂ , output pulse shapers for keys made on thyristors FI _{1 -} ФФ ₄ and ФИ ₁ '-FI ₄ '.

Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:

- необходимость в батарее конденсаторов больших габаритных размеров и с большими величинами емкости для сброса реактивной энергии нагрузки при выполнении источника постоянного напряжения U_d в виде выпрямителя;- the need for a capacitor bank of large overall dimensions and with large capacitance values for dumping the reactive energy of the load when performing a constant voltage source U _d in the form of a rectifier;

- сложность системы управления.- the complexity of the control system.

Технический результат заявляемых вариантов АИН - упрощение схемы и повышение надежности устройства за счет исключения конденсатора в источнике постоянного напряжения и упрощения системы управления и силовой схемы инвертора.The technical result of the proposed versions of the AIN is to simplify the circuit and increase the reliability of the device by eliminating the capacitor in the constant voltage source and simplifying the control system and power circuit of the inverter.

Технический результат по первому варианту устройства достигается тем, что в автономном инверторе напряжения, содержащем выпрямитель, мостовой однофазный преобразователь, выполненный на полупроводниковых ключах и антипараллельных диодах, активно-индуктивную нагрузку и систему управления, состоящую из генератора импульсов и двух идентичных каналов управления, содержащих формирователи управляющих импульсов, выходы которых подсоединены к соответствующим входам полупроводниковых ключей, два полупроводниковых ключа выполнены на транзисторах, а другие два - на тиристорах, соединенных с антипараллельными диодами, имеющими общую точку с выходом выпрямителя, в каждом канале управления формирователи управляющих импульсов различной длительности τ₁ и τ₂, при этом генератор импульсов выполнен с двумя противофазными выходами, каждый из которых подсоединен к входам формирователей управляющих импульсов соответствующего канала управления, причем пауза между задним фронтом управляющего импульса полупроводникового ключа, выполненного на транзисторе одного канала управления, и передним фронтом управляющих импульсов полупроводникового ключа, выполненного на тиристоре другого канала управления, превышает время спада тока нагрузки до нуля.The technical result according to the first embodiment of the device is achieved by the fact that in a stand-alone voltage inverter containing a rectifier, a single-phase bridge converter made on semiconductor switches and antiparallel diodes, an active-inductive load and a control system consisting of a pulse generator and two identical control channels containing shapers control pulses, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the semiconductor switches, two semiconductor switches are made on trans sources, and the other two - on thyristors connected to antiparallel diodes that have a common point with the output of the rectifier, in each control channel there are control pulse shapers of different durations τ ₁ and τ ₂ , while the pulse generator is made with two antiphase outputs, each of which is connected to the inputs of the shapers of the control pulses of the corresponding control channel, and the pause between the trailing edge of the control pulse of a semiconductor key made on the transistor of one control channel , and the leading edge of the control pulses of the semiconductor switch, made on the thyristor of another control channel, exceeds the fall time of the load current to zero.

Технический результат по второму варианту устройства достигается тем, что в автономном инверторе напряжения, содержащем выпрямитель, мостовой однофазный преобразователь, выполненный на полупроводниковых ключах и антипараллельных диодах, активно-индуктивную нагрузку и систему управления, состоящую из генератора импульсов и двух идентичных каналов управления, содержащих формирователи управляющих импульсов, выходы которых подсоединены к соответствующим входам полупроводниковых ключей, два полупроводниковых ключа выполнены на транзисторах, а другие два - на тиристорах, соединенных с антипараллельными диодами, соответственно соединенными с обоими выходами выпрямителя, в каждом канале управления формирователи управляющих импульсов различной длительности τ₁ и τ₂, при этом генератор импульсов выполнен с двумя противофазными выходами, каждый из которых подсоединен к входам формирователей управляющих импульсов соответствующего канала управления, причем пауза между задним фронтом управляющего импульса полупроводникового ключа, выполненного на транзисторе одного канала управления, и передним фронтом управляющих импульсов полупроводникового ключа, выполненного на тиристоре другого канала управления, превышает время спада тока нагрузки до нуля.The technical result according to the second embodiment of the device is achieved by the fact that in a stand-alone voltage inverter containing a rectifier, a single-phase bridge converter made on semiconductor switches and antiparallel diodes, an active-inductive load and a control system consisting of a pulse generator and two identical control channels containing shapers control pulses, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the semiconductor switches, two semiconductor switches are made on trans sources, and the other two - on thyristors connected to antiparallel diodes, respectively connected to both outputs of the rectifier, in each control channel there are control pulse shapers of different durations τ ₁ and τ ₂ , while the pulse generator is made with two antiphase outputs, each of which is connected to the inputs of the shapers of the control pulses of the corresponding control channel, and the pause between the trailing edge of the control pulse of the semiconductor switch made on the transistor of one Nala control, and the rising edge of control pulse semiconductor switch formed on the control channel of another thyristor exceeds the load current decay to zero.

Технический результат по третьему варианту устройства достигается тем, что в автономном инверторе напряжения, содержащем выпрямитель, мостовой однофазный преобразователь, выполненный на полупроводниковых ключах и антипараллельных диодах, активно-индуктивную нагрузку и систему управления, состоящую из генератора импульсов и двух идентичных каналов управления, содержащих формирователи управляющих импульсов, выходы которых подсоединены к соответствующим входам полупроводниковых ключей, два полупроводниковых ключа выполнены на транзисторах, а другие два - на тиристорах, соединенных с антипараллельными диодами, имеющими общую точку с выходом выпрямителя, в каждом канале управления формирователи управляющих импульсов различной длительности τ₁ и τ₂, в систему управления введен регулирующий орган, выход которого подключен к дополнительно введенным входам формирователей управляющих импульсов с длительностью τ₂ в каждом канале, а генератор импульсов выполнен с двумя противофазными выходами, каждый из которых подсоединен к входам формирователей управляющих импульсов соответствующего канала управления, причем пауза между задним фронтом управляющего импульса полупроводникового ключа, выполненного на транзисторе одного канала управления, и передним фронтом управляющих импульсов полупроводникового ключа, выполненного на тиристоре другого канала управления, превышает время спада тока нагрузки до нуля.The technical result according to the third embodiment of the device is achieved by the fact that in a stand-alone voltage inverter containing a rectifier, a single-phase bridge converter based on semiconductor switches and antiparallel diodes, an active-inductive load and a control system consisting of a pulse generator and two identical control channels containing shapers control pulses, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the semiconductor switches, two semiconductor switches are made on trans resistors, and the other two - on thyristors connected to antiparallel diodes that have a common point with the output of the rectifier, in each control channel there are control pulse shapers of different durations τ ₁ and τ ₂ , a control body is introduced into the control system, the output of which is connected to additionally input inputs formers control pulses with a duration τ ₂ in each channel, and a pulse generator provided with two antiphase outputs, each of which is connected to the input of the control pulse respective control channel, wherein the pause between the trailing edge of the control pulse semiconductor switch formed on the control channel of the transistor, and the front edge of the control pulses of the semiconductor switch formed on the control channel of another thyristor exceeds the load current decay to zero.

Технический результат по четвертому варианту устройства достигается тем, что в автономном инверторе напряжения, содержащем выпрямитель, мостовой однофазный преобразователь, выполненный на полупроводниковых ключах и антипараллельных диодах, активно-индуктивную нагрузку и систему управления, состоящую из генератора импульсов и двух идентичных каналов управления, содержащих формирователи управляющих импульсов, выходы которых подсоединены к соответствующим входам полупроводниковых ключей, два полупроводниковых ключа выполнены на тиристорах, а другие два - на транзисторах, соединенных с антипараллельными диодами, соответственно соединенными с обоими выходами выпрямителя, в каждом канале управления формирователи управляющих импульсов различной длительности τ₁ и τ₂, в систему управления введен регулирующий орган, выход которого подключен к дополнительно введенным входам формирователей импульсов с длительностью τ₂ в каждом канале, а генератор импульсов - с двумя противофазными выходами, каждый из которых подсоединен к входам формирователей управляющих импульсов соответствующего канала управления, причем пауза между задним фронтом управляющего импульса полупроводникового ключа, выполненного на транзисторе одного канала управления, и передним фронтом управляющих импульсов полупроводникового ключа, выполненного на тиристоре другого канала управления, превышает время спада тока нагрузки до нуля.The technical result according to the fourth embodiment of the device is achieved by the fact that in a stand-alone voltage inverter containing a rectifier, a single-phase bridge converter made on semiconductor switches and antiparallel diodes, an active-inductive load and a control system consisting of a pulse generator and two identical control channels containing shapers control pulses, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the semiconductor switches, two semiconductor switches are made on transistors, and the other two - on transistors connected to antiparallel diodes, respectively connected to both outputs of the rectifier, in each control channel are shapers of control pulses of various durations τ ₁ and τ ₂ , a control body is introduced into the control system, the output of which is connected to additional inputs pulse shapers with a duration of τ ₂ in each channel, and a pulse generator with two antiphase outputs, each of which is connected to the inputs of the shapers of control pulses with the corresponding control channel, and the pause between the trailing edge of the control pulse of the semiconductor switch made on the transistor of one control channel and the leading edge of the control pulses of the semiconductor switch made on the thyristor of the other control channel exceeds the load current decay time to zero.

Сущностью предлагаемых изобретений по первому и второму вариантам является то, что благодаря применению в мостовом однофазном преобразователе полупроводниковых ключей, выполненных на 2-х транзисторах и 2-х тиристорах, соединенных с антипараллельными диодами, выполнению генератора импульсов с двумя противофазными выходами, выполнению формирователей управляющих импульсов с выходными импульсами различной длительности в каждом канале управления, а также за счет оригинальной схемы соединения сокращается число элементов в устройстве, а значит, упрощается его схема и повышается надежность устройства в целом.The essence of the proposed inventions according to the first and second options is that due to the use of semiconductor switches made of 2 transistors and 2 thyristors connected to antiparallel diodes in a single-phase bridge converter, the implementation of a pulse generator with two antiphase outputs, and the execution of control pulse shapers with output pulses of various durations in each control channel, as well as due to the original connection scheme, the number of elements in the device is reduced, and the circuit is simplified, and the reliability of the device as a whole is improved.

Сущностью предлагаемых изобретений по третьему и четвертому вариантам является то, что благодаря применению в мостовом однофазном преобразователе полупроводниковых ключей, выполненных на 2-х транзисторах и 2-х тиристорах, соединенных с антипараллельными диодами, выполнению генератора импульсов с двумя противофазными выходами, выполнению формирователей управляющих импульсов с выходными импульсами различной длительности в каждом канале управления, выполнению формирователей управляющих импульсов с длительностью τ₂ с дополнительными входами для соединения введенного регулирующего органа в систему управления, а также за счет оригинального соединения всех составных элементов устройства достигается регулирование выходного напряжения автономного инвертора напряжения при упрощении схемы и повышении надежности устройства в целом.The essence of the proposed inventions according to the third and fourth options is that due to the use of semiconductor switches made of 2 transistors and 2 thyristors in a single-phase bridge converter connected to antiparallel diodes, to the implementation of a pulse generator with two antiphase outputs, to the implementation of control pulse shapers with output pulses of various durations in each control channel, the execution of control pulse shapers with a duration of τ ₂ with additional inputs for connecting the entered regulatory body to the control system, and also due to the original connection of all the constituent elements of the device, the output voltage of the autonomous voltage inverter is regulated while simplifying the circuit and increasing the reliability of the device as a whole.

На фиг.1 приведена схема заявляемого устройства по первому варианту;Figure 1 shows a diagram of the inventive device according to the first embodiment;

На фиг.2 приведена схема заявляемого устройства по второму варианту;Figure 2 shows a diagram of the inventive device according to the second embodiment;

На фиг.3 приведена схема заявляемого устройства по третьему варианту;Figure 3 shows a diagram of the inventive device according to the third embodiment;

На фиг.4 приведена схема заявляемого устройства по четвертому варианту;Figure 4 shows a diagram of the inventive device according to the fourth embodiment;

На фиг.5, 6 приведены диаграммы.5, 6 are diagrams.

Приняты следующие обозначения:The following notation is accepted:

1 - выпрямитель;1 - rectifier;

2 - мостовой однофазный преобразователь;2 - bridge single-phase converter;

3 - 6 - полупроводниковые ключи;3 - 6 - semiconductor switches;

7 - активно-индуктивная нагрузка;7 - active inductive load;

8 - система управления;8 - control system;

9 - генератор импульсов с двумя противофазными выходами с тактовыми импульсами ТИ1 и ТИ2 частотой f;9 - pulse generator with two antiphase outputs with clock pulses TI1 and TI2 frequency f;

10, 11 - идентичные каналы управления;10, 11 - identical control channels;

12 - формирователь управляющих импульсов ФИ1 длительностью τ₁ (около 10 мкс);12 - driver pulse control FI1 duration τ ₁ (about 10 μs);

13 - формирователь управляющих импульсов ФИ2 длительностью τ₂, которая пропорциональна величине 1/2f. Данный формирователь для реализации устройств по вариантам 3 и 4 имеет дополнительно регулирующий вход;13 - driver pulse generator FI2 duration τ ₂ , which is proportional to the value of 1 / 2f. This driver for the implementation of devices according to options 3 and 4 has an additional regulatory input;

14, 15 - антипараллельные диоды;14, 15 - antiparallel diodes;

16 - регулирующий орган;16 - regulatory authority;

U_d - среднее значение выходного напряжения выпрямителя 1;U _d is the average value of the output voltage of the rectifier 1;

u, i - соответственно напряжение и ток на активно-индуктивной нагрузке 7;u, i - respectively, the voltage and current at the active-inductive load 7;

U_p - регулирующее напряжение;U _p - regulatory voltage;

I_m - амплитудное значение тока нагрузки;I _m is the amplitude value of the load current;

Δt - временной интервал («мертвое» время длительностью несколько микросекунд), предотвращающий одновременную работу двух ключей (3, 4 и 5, 6) при их переключении и закорачивание выпрямителя.Δt is the time interval (“dead” time lasting several microseconds), which prevents the simultaneous operation of two keys (3, 4 and 5, 6) when they are switched and shorting the rectifier.

На фиг.5, 6 в пунктах «а - д» отражено:In figure 5, 6 in paragraphs "a - d" is reflected:

а) - противофазные тактовые импульсы ТИ1 и ТИ2 с частотой f в каналах управления 10, 11 на выходах генератора 9 по фиг.1, 2, 3, 4;a) - antiphase clock pulses TI1 and TI2 with a frequency f in the control channels 10, 11 at the outputs of the generator 9 in figure 1, 2, 3, 4;

б) - диаграмма напряжения u(t) и тока i(t) на выходе АИН;b) - diagram of the voltage u (t) and current i (t) at the output of the AIN;

в) - проводящие ток элементы АИН;c) - current-conducting elements of the AIN;

г) - диаграммы управляющих импульсов с длительностями τ₁ и τ₂, получаемых от ФИ1, ФИ2 канала управления 10, поступающих на соответствующие ключи (указаны в скобках);d) - diagrams of control pulses with durations of τ ₁ and τ ₂ received from FI1, FI2 of control channel 10 received by the corresponding keys (indicated in brackets);

д) - диаграммы управляющих импульсов с длительностями τ₁ и t₂, получаемых от ФИ1, ФИ2 канала управления 11, поступающих на соответствующие ключи (указаны в скобках).d) - diagrams of control pulses with durations τ ₁ and t ₂ received from FI1, FI2 of control channel 11, received on the corresponding keys (indicated in brackets).

Устройство по первому варианту содержит выпрямитель 1, мостовой однофазный преобразователь 2, выполненный на полупроводниковых ключах 3 - 6 и антипараллельных диодах 14, 15, причем полупроводниковые ключи 3, 5 выполнены на тиристорах, а полупроводниковые ключи 4, 6 выполнены на транзисторах, активно-индуктивную нагрузку 7 и систему управления 8, состоящую из генератора импульсов 9 и двух идентичных каналов управления 10, 11, содержащих формирователи управляющих импульсов 12, 13, выходы которых подсоединены к соответствующим входам полупроводниковых ключей. Активно-индуктивная нагрузка 7 подключена на выходы антипапараллельных диодов 14, 15. Управление полупроводниковыми ключами 3-6 осуществляется системой управления 8, содержащей генератор противофазных тактовых импульсов 9 с частотой f и два идентичных канала управления 10, 11, в каждом из которых имеются формирователи противофазных управляющих импульсов различной длительности: формирователь импульсов 12 (ФИ1) вырабатывает импульсы длительностью τ₁ формирователь импульсов 13 (ФИ2) создает импульсы длительностью τ₂. Входы формирователей импульсов 12, 13 в каждом канале управления соединены между собой и подключены соответственно к противофазным выходам генератора импульсов 9, выходы формирователей управляющих импульсов 12, 13 каждого канала управления 10,11 подключены к управляющим цепям ключей 3, 6 и 5, 4 соответственно.The device according to the first embodiment contains a rectifier 1, a single-phase bridge converter 2, made on semiconductor switches 3-6 and antiparallel diodes 14, 15, and semiconductor switches 3, 5 made on thyristors, and semiconductor switches 4, 6 made on transistors, active-inductive load 7 and a control system 8, consisting of a pulse generator 9 and two identical control channels 10, 11, containing control pulse shapers 12, 13, the outputs of which are connected to the corresponding semiconductor inputs keys. Active-inductive load 7 is connected to the outputs of the anti-parallel diodes 14, 15. The semiconductor switches 3-6 are controlled by a control system 8, which contains an antiphase clock pulse generator 9 with a frequency f and two identical control channels 10, 11, each of which has antiphase shapers control pulses of various durations: pulse shaper 12 (FI1) generates pulses of duration τ ₁ pulse shaper 13 (FI2) creates pulses of duration τ ₂ . The inputs of the pulse shapers 12, 13 in each control channel are interconnected and connected respectively to the antiphase outputs of the pulse generator 9, the outputs of the shapers of the control pulses 12, 13 of each control channel 10.11 are connected to the control circuits of the keys 3, 6 and 5, 4, respectively.

Антипараллельные диоды 14, 15 подсоединены к полупроводниковым ключам 3 и 5, выполненным на тиристорах, соединенным с одним выходным зажимом выпрямителя 1. Управляющие входы полупроводниковых ключей подключены к формирователям импульсов в каждом канале 10 и 11. А именно, управляющий вход полупроводникового ключа 3 соединен с выходом формирователя управляющих импульсов 12 канала управления 10, вход полупроводникового ключа 4 - с выходом формирователя управляющих импульсов 13 канала управления 11. Аналогично управляющий вход полупроводникового ключа 5 соединен с выходом формирователя управляющих импульсов 12 канала управления 11, а вход полупроводникового ключа 6 - с выходом формирователя управляющих импульсов 13 канала управления 10.Antiparallel diodes 14, 15 are connected to thyristor switches 3 and 5, connected to one output terminal of rectifier 1. The control inputs of the semiconductor switches are connected to pulse shapers in each channel 10 and 11. Namely, the control input of the semiconductor switch 3 is connected to the output of the driver of the control pulses 12 of the control channel 10, the input of the semiconductor key 4 with the output of the driver of the pulse of the control channel 13 11. Similarly, the control input of the semiconductor circuit yucha 5 is connected to the output of the driver of control pulses 12 of the control channel 11, and the input of the semiconductor key 6 is connected to the output of the driver of control pulses 13 of the control channel 10.

Устройство по второму варианту отличается от устройства по первому варианту тем, что антипараллельные диоды 14, 15 подключены к последовательно соединенным полупроводниковым ключам 3,4, выполненным на транзисторах, подключенным к обоим выходным зажимам выпрямителя 1. При этом вход полупроводникового ключа 3 соединен с выходом формирователя управляющих импульсов 13 канала управления 11, вход полупроводникового ключа 4 - с выходом формирователя управляющих импульсов 13 канала управления 10. Полупроводниковые ключи 5, 6 выполнены на тиристорах. Аналогично управляющий вход полупроводникового ключа 5 соединен с выходом формирователя управляющих импульсов 12 канала управления 10, а управляющий вход полупроводникового ключа 6 - с выходом формирователя управляющих импульсов 12 канала управления 11.The device according to the second embodiment differs from the device according to the first embodiment in that the antiparallel diodes 14, 15 are connected to series-connected semiconductor switches 3.4 made on transistors connected to both output terminals of the rectifier 1. In this case, the input of the semiconductor switch 3 is connected to the output of the driver control pulses 13 of the control channel 11, the input of the semiconductor key 4 with the output of the shaper of the control pulses 13 of the control channel 10. The semiconductor switches 5, 6 are made on thyristors. Similarly, the control input of the semiconductor key 5 is connected to the output of the driver of control pulses 12 of the control channel 10, and the control input of the semiconductor key 6 is connected to the output of the driver of control pulses 12 of the control channel 11.

Устройство по третьему варианту содержит выпрямитель 1, мостовой однофазный преобразователь 2, выполненный на полупроводниковых ключах 3, 5, полупроводниковых ключах 4, 6 и антипараллельных диодах 14, 15, на выход которого подключена активно-индуктивная нагрузка 7. Причем полупроводниковые ключи 3, 5 выполнены на тиристорах, полупроводниковые ключи 4, 6 выполнены на транзисторах. Управление полупроводниковыми ключами 3-6 осуществляется системой управления 8, содержащей генератор противофазных тактовых импульсов 9 с частотой f, регулирующий орган 16 и два идентичных канала управления 10, 11, в каждом из которых имеются формирователь управляющих импульсов 12 (ФИ1) с запускающим входом и формирователь импульсов 13 (ФИ2) с двумя входами - запускающим и регулирующим. Формирователь управляющих импульсов 12 вырабатывает импульсы длительностью τ₁, формирователь управляющих импульсов ФИ13 - импульсы длительностью τ₂. Запускающие входы формирователей управляющих импульсов 12, 13 в каждом канале управления соединены между собой и подключены соответственно к противофазным выходам генератора импульсов 9, выходы указанных формирователей импульсов подсоединены к соответствующим входам ключей 3, 4, 5, 6, выход регулирующего органа 16 подключен к регулирующим входам формирователей управляющих импульсов 13 в каждом канале.The device according to the third embodiment contains a rectifier 1, a single-phase bridge converter 2, made on semiconductor switches 3, 5, semiconductor switches 4, 6 and antiparallel diodes 14, 15, the output of which is connected to an active-inductive load 7. Moreover, the semiconductor switches 3, 5 are made on thyristors, semiconductor switches 4, 6 are made on transistors. The semiconductor switches 3-6 are controlled by a control system 8, which contains an antiphase clock pulse generator 9 with a frequency f, a regulating body 16 and two identical control channels 10, 11, each of which has a control pulse shaper 12 (FI1) with a trigger input and a shaper pulses 13 (FI2) with two inputs - starting and regulating. The driver pulse shaper 12 generates pulses of duration τ ₁ , the driver pulse shaper FI13 - pulses of duration τ ₂ . The triggering inputs of the control pulse shapers 12, 13 in each control channel are interconnected and connected respectively to the antiphase outputs of the pulse generator 9, the outputs of these pulse shapers are connected to the corresponding inputs of the keys 3, 4, 5, 6, the output of the regulatory body 16 is connected to the regulatory inputs shapers control pulses 13 in each channel.

Антипараллельные диоды 14, 15 подсоединены к полупроводниковым ключам 3, 5, соединенным с одним выходным зажимом выпрямителя 1. Управляющий вход полупроводникового ключа 3 соединен с выходом формирователя управляющих импульсов 12 канала управления 10, вход полупроводникового ключа 4 - с выходом формирователя управляющих импульсов 13 канала управления 11. Аналогично управляющий вход полупроводникового ключа 5 соединен с выходом формирователя управляющих импульсов 12 канала управления 11, а вход полупроводникового ключа 6 - с выходом формирователя управляющих импульсов 13 канала управления 10.Antiparallel diodes 14, 15 are connected to the semiconductor switches 3, 5 connected to one output terminal of the rectifier 1. The control input of the semiconductor switch 3 is connected to the output of the control pulse generator 12 of the control channel 10, the input of the semiconductor switch 4 is connected to the output of the control pulse generator 13 of the control channel 11. Similarly, the control input of the semiconductor key 5 is connected to the output of the driver of the control pulses 12 of the control channel 11, and the input of the semiconductor key 6 is connected to the output of the driver control pulses 13 of the control channel 10.

В устройстве по четвертому варианту антипараллельные диоды 14, 15 подсоединены к последовательно соединенным полупроводниковым ключам 3, 4, выполненным на транзисторах, соединенным с обоими выходными зажимами выпрямителя 1. Вход полупроводникового ключа 3 соединен с выходом формирователя управляющих импульсов 13 канала управления 11, вход полупроводникового ключа 4 - с выходом формирователя управляющих импульсов 13 канала управления 10. Полупроводниковые ключи 5, 6 выполнены на тиристорах. Аналогично управляющий вход полупроводникового ключа 5 соединен с выходом формирователя управляющих импульсов 12 канала управления 10, а управляющий вход полупроводникового ключа 6 - с выходом формирователя управляющих импульсов 12 канала управления 11.In the device according to the fourth embodiment, the antiparallel diodes 14, 15 are connected to series-connected semiconductor switches 3, 4, made on transistors connected to both output terminals of the rectifier 1. The input of the semiconductor switch 3 is connected to the output of the control pulse generator 13 of the control channel 11, the input of the semiconductor switch 4 - with the output of the shaper of control pulses 13 of the control channel 10. The semiconductor switches 5, 6 are made on thyristors. Similarly, the control input of the semiconductor key 5 is connected to the output of the driver of control pulses 12 of the control channel 10, and the control input of the semiconductor key 6 is connected to the output of the driver of control pulses 12 of the control channel 11.

Во всех заявляемых четырех вариантах АИН величина времени интервала Δτ₀ между задним фронтом импульса длительности τ₂ в одном канале и передним фронтом импульса τ₁ в другом канале превышает время спада тока нагрузки до нуля.In all four declared AIN variants, the value of the time interval Δτ ₀ between the trailing edge of a pulse of duration τ ₂ in one channel and the leading edge of a pulse τ ₁ in another channel exceeds the decay time of the load current to zero.

Работа АИН по первому варианту осуществляется следующим образом.Work AIN on the first option is as follows.

Управление полупроводниковыми ключами 3, 4, 5, 6 осуществляется каналами управления 10, 11 с помощью импульсов разной длительности τ₁, τ₂ (фиг.5 (г, д). Полупроводниковые ключи 3 и 5 управляются противофазными импульсами длительностью τ₁, достаточной для их включения, а полупроводниковые 4 и 6 - противофазными импульсами длительностью τ₂. В результате по окончании импульсов с длительностью τ₂ полупроводниковые ключи 6 и 4 закрываются, и ток нагрузки замыкается соответственно через антипараллельный диод 15 и полупроводниковый ключ 3 в первый полупериод частоты f и через антипараллельный диод 14 и полупроводниковый ключ 5 во второй полупериод. В этом случае в диаграмме напряжения на нагрузке u имеется временной интервал Δτ₀ (фиг.5 (б), определяющийся временем спада тока нагрузки 7 до нуля t₁ и временем задержки Δt. Включение следующей пары полупроводниковых ключей происходит после задержки Δt (несколько микросекунд), исключающей одновременное включенное состояние полупроводниковых ключей 3, 4 или 5, 6, что могло бы привести к закорачиванию выпрямителя 1. Общий интервал времени в диаграмме напряжения нагрузки составляет:Semiconductor switches 3, 4, 5, 6 are controlled by control channels 10, 11 using pulses of different durations τ ₁ , τ ₂ (Fig. 5 (d, d). Semiconductor switches 3 and 5 are controlled by antiphase pulses of duration τ ₁ sufficient for their inclusion, and semiconductor 4 and 6 by antiphase pulses of duration τ _2. As a result, at the end of pulses with a duration of τ _{2, the} semiconductor switches 6 and 4 are closed, and the load current is closed via the antiparallel diode 15 and the semiconductor switch 3 in the first half a frequency diode f and through the antiparallel diode 14 and a semiconductor switch 5. in the second half-period.In this case, in the voltage diagram of the load u there is a time interval Δτ ₀ (Fig. 5 (b), determined by the decay time of the load current 7 to zero t ₁ and time Delay Δt. The next pair of semiconductor switches is turned on after a delay Δt (several microseconds), which excludes the simultaneous on-state of semiconductor switches 3, 4 or 5, 6, which could lead to shorting of rectifier 1. The total time interval in the diagram on Costumed load is:

Δτ₀=t₁+Δt,Δτ ₀ = t ₁ + Δt,

где t₁≈4T_н при экспоненциальном характере нарастания и спада тока;where t ₁ ≈4T _n with the exponential nature of the rise and fall of the current;

Т_н - постоянная времени активно-индуктивной нагрузки 7 (фиг.1).T _n - time constant of the active-inductive load 7 (figure 1).

АИН по второму варианту отличается от первого местом подключения антипараллельных диодов 14, 15 и соединением входных управляющих цепей полупроводниковых ключей 3, 4, 5, 6 (фиг.2). Диаграммы напряжений и распределение импульсов и их длительность приведены на фиг.6. В отличие от первого варианта здесь антипараллельные диоды 14, 15 подсоединены к полупроводниковым ключам 3, 4, выполненным на транзисторах, управляемым импульсами длительностью τ₂. В результате при выключении полупроводниковых ключей 3 или 4 ток нагрузки замыкается через антипараллельный диод 15 и полупроводниковый ключ 6 или антипараллельный диод 14 и полупроводниковый ключ 5 соответственно (фиг.6 (в, г, д).The AIN according to the second embodiment differs from the first one by the connection point of the antiparallel diodes 14, 15 and the connection of the input control circuits of the semiconductor switches 3, 4, 5, 6 (Fig. 2). The voltage diagrams and the distribution of pulses and their duration are shown in Fig.6. Unlike the first option, here antiparallel diodes 14, 15 are connected to semiconductor switches 3, 4, made on transistors, controlled by pulses of duration τ ₂ . As a result, when the semiconductor switches 3 or 4 are turned off, the load current closes through the antiparallel diode 15 and the semiconductor key 6 or the antiparallel diode 14 and the semiconductor switch 5, respectively (Fig. 6 (c, d, e).

АИН по третьему варианту (фиг.3) содержит все элементы устройства, что и по первому варианту и дополнительно регулирующий орган 16. Кроме того, формирователь управляющих импульсов 13 в каждом канале управления имеет два входа - запускающий (как на фиг.1) и регулирующий. Регулирующий орган 16 подключен к регулирующему входу формирователя управляющих импульсов 13 в каждом канале управления и обеспечивает регулирование длительности τ₂ управляющего импульса по принципу ШИМ.The AIN according to the third embodiment (Fig. 3) contains all the elements of the device, as in the first embodiment, and additionally a regulating body 16. In addition, the driver of the control pulses 13 in each control channel has two inputs - a trigger (as in Fig. 1) and a control . The regulatory body 16 is connected to the regulatory input of the driver of the control pulses 13 in each control channel and provides control of the duration τ _{2 of the} control pulse according to the PWM principle.

Работа АИН по третьему варианту осуществляется так же, как и по первому, при этом устройство выполняет еще функцию регулирования напряжения на активно-индуктивной нагрузке, осуществляемую изменением длительности τ₂ в функции от сигнала регулирования U_p на входе регулирующего органа 16.The operation of the AIN according to the third option is carried out in the same way as according to the first, while the device also performs the function of regulating the voltage at the active-inductive load, carried out by changing the duration τ ₂ as a function of the regulation signal U _p at the input of the regulatory body 16.

Работа по четвертому варианту осуществляется так же, как и по второму, но, как и в третьем варианте, добавляется функция регулирования напряжения на активно-индуктивной нагрузке путем изменения с помощью регулирующего органа 16 длительности импульсов τ₂.The work in the fourth option is carried out in the same way as in the second, but, as in the third option, the function of regulating the voltage at the active-inductive load is added by changing the pulse duration τ ₂ with the help of the regulating body 16.

Действующее значение выходного напряжения АИН определяется:The effective value of the output voltage AIN is determined by:

,

где τ_2р - длительность импульса ФИ2 в радианах;where τ _2р is the pulse duration of FI2 in radians;

τ_2с - длительность импульса ФИ2 в секундах;τ _2s is the pulse duration of FI2 in seconds;

f - частота в герцах.f is the frequency in hertz.

Благодаря применению в мостовом однофазном преобразователе полупроводниковых ключей, выполненных на 2-х транзисторах и 2-х тиристорах, соединенных с антипараллельными диодами, выполнению генератора импульсов с двумя противофазными выходами, а формирователей импульсов различной длительности в каждом канале и оригинальной схеме соединения, а также выполнение системы управления в определенном режиме, в заявляемых АИН по первому и второму вариантам упрощается схема и повышается надежность устройства.Due to the use of semiconductor switches made on 2 transistors and 2 thyristors connected to antiparallel diodes in a single-phase bridge converter, the implementation of a pulse generator with two antiphase outputs, and pulse shapers of different durations in each channel and the original connection scheme, as well as control systems in a certain mode, in the claimed AIN according to the first and second options, the circuit is simplified and the reliability of the device is increased.

Благодаря применению в мостовом однофазном преобразователе ключей, выполненных на 2-х транзисторах и 2-х тиристорах, соединенных с антипараллельными диодами, выполнению генератора импульсов с двумя противофазными выходами, выполнению формирователей управляющих импульсов с выходными импульсами различной длительности в каждом канале управления, выполнению вторых формирователей импульсов с дополнительными регулирующим входом, введению регулирующего органа в систему управления, а также за счет оригинального соединения всех составных частей устройства достигается регулирование выходного напряжения автономного инвертора напряжения в третьем и четвертом вариантах при упрощении схемы и повышении надежности устройства в целом.Due to the use of keys made on 2 transistors and 2 thyristors in a single-phase bridge converter, connected to antiparallel diodes, the implementation of a pulse generator with two antiphase outputs, the implementation of control pulse shapers with output pulses of various durations in each control channel, and the implementation of second shapers pulses with an additional regulatory input, the introduction of a regulatory body into the control system, and also due to the original connection of all components astey device achieved autonomous regulation voltage inverter output voltage in the third and fourth embodiments, while simplifying the circuit and improving the reliability of the device as a whole.

Claims

1. Autonomous voltage inverter containing a rectifier, a single-phase bridge converter, made on semiconductor switches and antiparallel diodes, an active inductive load and a control system consisting of a pulse generator and two identical control channels containing control pulse shapers whose outputs are connected to the corresponding inputs semiconductor switches, characterized in that the two semiconductor switches are made on transistors, and the other two are on thyristors connected to the antenna parallel diodes having a common point with the output of the rectifier in each control channel, pulse shapers of various durations τ ₁ and τ ₂ , while the pulse generator is made with two antiphase outputs, each of which is connected to the inputs of the shapers of the control pulses of the corresponding control channel, with a pause between the trailing edge of the control pulse of the semiconductor switch made on the transistor of one control channel, and the leading edge of the control pulses of the semiconductor switch and formed on another thyristor control channel load exceeds the current decay to zero.

2. A stand-alone voltage inverter containing a rectifier, a single-phase bridge converter based on semiconductor switches and antiparallel diodes, an active inductive load and a control system consisting of a pulse generator and two identical control channels containing control pulse shapers whose outputs are connected to the corresponding inputs semiconductor switches, characterized in that the two semiconductor switches are made on thyristors, and the other two - on transistors connected to the antenna and parallel diodes, respectively connected to both outputs of the rectifier, in each control channel, control pulse shapers of various durations τ ₁ and τ ₂ , while the pulse generator is made with two antiphase outputs, each of which is connected to the inputs of control pulse shapers of the corresponding control channel, and there is a pause between the trailing edge of the control pulse of a semiconductor switch, made on the transistor of one control channel, and the leading edge of the control pulses The number of semiconductor switches made on the thyristor of another control channel exceeds the time the load current drops to zero.

3. A self-contained voltage inverter containing a rectifier, a single-phase bridge converter based on semiconductor switches and antiparallel diodes, an active inductive load and a control system consisting of a pulse generator and two identical control channels containing control pulse shapers whose outputs are connected to the corresponding inputs semiconductor switches, characterized in that the two semiconductor switches are made on transistors, and the other two are on thyristors connected to the antenna and parallel diodes that have a common point with the output of the rectifier, in each control channel the shaper of control pulses of different durations τ ₁ and τ ₂ in the control system introduced a regulating body, the output of which is connected to the additional inputs of the shapers of control pulses with a duration of τ ₂ in each channel, and the pulse generator is made with two antiphase outputs, each of which is connected to the inputs of the shapers of the control pulses of the corresponding control channel, and the pause between the leading edge of the control pulse of the semiconductor switch made on the transistor of one control channel, and the leading edge of the control pulse of the semiconductor switch made on the thyristor of another control channel exceeds the time of the load current to fall to zero.

4. A stand-alone voltage inverter containing a rectifier, a single-phase bridge converter based on semiconductor switches and antiparallel diodes, an active inductive load and a control system consisting of a pulse generator and two identical control channels containing control pulse shapers whose outputs are connected to the corresponding inputs semiconductor switches, characterized in that the two semiconductor switches are made on thyristors, and the other two - on transistors connected to the antenna and parallel diodes, respectively connected to both outputs of the rectifier, in each control channel the shapers of control pulses of various durations τ ₁ and τ ₂ , a control body is introduced into the control system, the output of which is connected to additionally entered inputs of the pulse shapers with a duration of τ ₂ in each channel, and pulse generator - with two antiphase outputs, each of which is connected to the inputs of the shapers of the control pulses of the corresponding control channel, and a pause between These front control semiconductor switch pulse, the transistor formed on the single control channel, and the front edge of the control pulses of the semiconductor switch formed on the control channel of another thyristor exceeds the load current decay to zero.