RU2453976C2 - Stand-alone harmonica inverter with quazi-resonance switching - Google Patents

Stand-alone harmonica inverter with quazi-resonance switching Download PDF

Info

Publication number
RU2453976C2
RU2453976C2 RU2009128887/07A RU2009128887A RU2453976C2 RU 2453976 C2 RU2453976 C2 RU 2453976C2 RU 2009128887/07 A RU2009128887/07 A RU 2009128887/07A RU 2009128887 A RU2009128887 A RU 2009128887A RU 2453976 C2 RU2453976 C2 RU 2453976C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
inverter
switching
phase bridge
shunted
capacitor
Prior art date
Application number
RU2009128887/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009128887A (en
Inventor
Евгений Михайлович Силкин (RU)
Евгений Михайлович Силкин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Силовая электроника"
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 Общество с ограниченной ответственностью "Силовая электроника" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Силовая электроника"
Priority to RU2009128887/07A priority Critical patent/RU2453976C2/en
Publication of RU2009128887A publication Critical patent/RU2009128887A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2453976C2 publication Critical patent/RU2453976C2/en

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B40/00—Technologies aiming at improving the efficiency of home appliances, e.g. induction cooking or efficient technologies for refrigerators, freezers or dish washers

Landscapes

  • Inverter Devices (AREA)
  • General Induction Heating (AREA)

Abstract

FIELD: electric engineering.
SUBSTANCE: invention relates to electric engineering and may be used for induction heaters and other high frequency electric technology loads. The stand-alone harmonica inverter with quazi-resonance switching includes a single-phase bridge on controllable gates with parallel opposed diodes 7-10 connected to inverter's input pins 3-6 through the filter 1,2 throttles. The single-phase bridge is shunted by the filter 11 capacitor, and a.c. output pins of this bridge is coupled with output pin of inverter through the switching throttle 12. The output pins of inverter are shunted with compensating capacitor 13 and connected to the load 14, while the second a.c. output pins of single-phase bridge is connected with the second output pin of inverter through the second switching throttle 15. The switching throttles are implemented as magnet-related and connected harmoniously. He controlled gates are shunted by switching capacitors 16-19, while the a.c. output pins of single phase bridge pins are shunted with snubber capacitor 20.
EFFECT: improved reliability of stand-alone harmonica inverter with quazi-resonance switching operation.
2 dwg

Description

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при проектировании источников питания для индукционных нагревателей и других высокочастотных электротехнологических нагрузок. Изобретение повышает надежность работы автономного согласованного инвертора с квазирезонансной коммутацией.The invention relates to a conversion technique and can be used in the design of power supplies for induction heaters and other high-frequency electrotechnological loads. The invention improves the reliability of a stand-alone coordinated inverter with quasi-resonant switching.

Известен автономный инвертор тока с квазирезонансной коммутацией, содержащий подключенный к входным выводам инвертора тока через дроссели фильтра однофазный мост на управляемых вентилях, зашунтированный встречным диодом, выходные выводы переменного тока однофазного моста соединены с выходным выводам инвертора через коммутирующий дроссель, выходные выводы инвертора зашунтированы компенсирующим конденсатором (А.с. 1683150 СССР, МКИ H02M 5/45. Преобразователь частоты / Силкин Е.М. - Заявл. 03.03.89. Опубл. 07.10.91, БИ №37).A self-contained current inverter with quasi-resonant switching is known, comprising a single-phase bridge connected to the input terminals of the current inverter through filter inductors, shunted by a counter diode, single-phase bridge AC output terminals connected to the inverter output terminals through a switching inductor, the inverter output terminals are shunted by a compensating capacitor ( A.S. 1683150 USSR, MKI H02M 5/45. Frequency converter / Silkin EM - Application 03.03.89. Publish. 07.10.91, BI No. 37).

Недостатком автономного инвертора тока с квазирезонансной коммутацией является низкая надежность работы. Это обусловлено высокими уровнями перенапряжений на управляемых вентилях, что может привести к выходу их из строя, а также высокими уровнями электромагнитных помех, возникающих при выключении встречного диода, что может вызывать сбой в системе управления инвертора.The disadvantage of a stand-alone current inverter with quasi-resonant switching is its low reliability. This is due to high levels of overvoltage on the controlled valves, which can lead to failure, as well as high levels of electromagnetic interference that occur when the oncoming diode is turned off, which can cause a malfunction in the inverter control system.

Известен автономный инвертор тока с квазирезонансной коммутацией, содержащий подключенный к входным выводам инвертора тока через дроссель фильтра однофазный мост на управляемых вентилях с встречно-параллельными диодами, выходные выводы переменного тока однофазного моста соединены с выходными выводами инвертора через коммутирующий дроссель, выходные выводы инвертора тока зашунтированы компенсирующим конденсатором (А.с. 1742961 СССР, МКИ H02M 5/45. Преобразователь частоты / Силкин Е.М. - Заявл. 02.08.89, Опубл. 23.06.92. БИ №23).A self-contained current inverter with quasi-resonant switching is known, which contains a single-phase bridge connected to the input terminals of the current inverter through a filter choke on controlled valves with counter-parallel diodes, the single-phase bridge AC output terminals are connected to the inverter output terminals through a switching inductor, the output terminals of the current inverter are shunt compensated capacitor (A.S. 1742961 USSR, MKI H02M 5/45. Frequency converter / Silkin EM - Declared 02.08.89, Publ. 23.06.92. BI No. 23).

Недостатком автономного инвертора тока с квазирезонансной коммутацией является низкая надежность работы. Это обусловлено высокими уровнями перенапряжений на управляемых вентилях, что может привести к выходу их из строя, а также высокими уровнями электромагнитных помех, возникающих при выключении встречно-параллельных диодов, что может вызывать сбои в системе управления инвертора.The disadvantage of a stand-alone current inverter with quasi-resonant switching is its low reliability. This is due to high levels of overvoltage on the controlled valves, which can lead to their failure, as well as high levels of electromagnetic interference that occur when off-parallel diodes are turned off, which can cause malfunctions in the inverter control system.

Известен автономный инвертор тока с квазирезонансной коммутацией, содержащий подключенный к входным выводам инвертора через дроссели фильтра однофазный мост на управляемых вентилях с встречно-параллельными диодами, выходные выводы переменного тока однофазного моста соединены с выходными выводами инвертора через последовательно соединенные коммутирующий дроссель и коммутирующий конденсатор (Тиристорные преобразователи частоты / А.К.Белкин, Т.П.Костюкова, Л.Э.Рогинская и др. - М.: Энергоатомиздат, 2000. - С.88).A self-contained current inverter with quasi-resonant switching is known, which contains a single-phase bridge connected to the input terminals of the inverter through filter inductors on controlled gates with on-parallel diodes, the output terminals of the AC single-phase bridge are connected to the output terminals of the inverter through series-connected switching chokes and a switching capacitor (Thyristor converters frequency / A.K. Belkin, T.P. Kostyukova, L.E. Roginskaya, etc. - M.: Energoatomizdat, 2000. - P.88).

Недостатком автономного инвертора тока с квазирезонансной коммутацией является низкая надежность работы. Это обусловлено высокими уровнями токов и перенапряжений на управляемых вентилях, что может привести к выходу их из строя, а также высокими уровнями электромагнитных помех, возникающих при выключении встречно-параллельных диодов, что может вызывать сбой в системе управления инвертора.The disadvantage of a stand-alone current inverter with quasi-resonant switching is its low reliability. This is due to high levels of currents and overvoltages on controlled valves, which can lead to their failure, as well as high levels of electromagnetic interference that occur when off-parallel diodes are turned off, which can cause a malfunction in the inverter control system.

Известен автономный согласованный инвертор с резонансной коммутацией, содержащий подключенный к входным выводам инвертора однофазный мост на управляемых вентилях с встречно-параллельными диодами, зашунтированный конденсатором фильтра, выходные выводы переменного тока однофазного моста соединены с выходными выводами инвертора через коммутирующий дроссель и коммутирующий конденсатор (Патанов Д.А. Общие проблемы снижения коммутационных потерь в инверторах напряжения // Схемотехника. - 2001. - №5. - С.48).A self-contained matched inverter with resonant switching is known, which contains a single-phase bridge connected to the input terminals of the inverter on controlled gates with counter-parallel diodes, shunted by a filter capacitor, and the AC output terminals of a single-phase bridge are connected to the output terminals of the inverter via a switching inductor and a switching capacitor (Patanov D. A. General problems of reducing switching losses in voltage inverters // Circuitry. - 2001. - No. 5. - P.48).

Недостатком автономного согласованного инвертора с резонансной коммутацией является низкая надежность работы. Это обусловлено высокими уровнями токов управляемых вентилей и высокими уровнями электромагнитных помех, что может приводить к выходу управляемых вентилей из строя из-за перегрева структуры и сбоям в системе управления инвертора, а также высокими уровнями коммутационных перенапряжений на управляемых вентилях из-за резкого обрыва прямого тока при выключении, что может вызвать пробой управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов.The disadvantage of a stand-alone matched inverter with resonant switching is the low reliability. This is due to high levels of controlled valve currents and high levels of electromagnetic interference, which can lead to failure of controlled valves due to overheating of the structure and malfunctions in the control system of the inverter, as well as high levels of switching overvoltage on controlled valves due to a sharp break in direct current when turned off, which can cause breakdown of controlled gates and anti-parallel diodes.

Известен автономный согласованный инвертор с резонансной коммутацией, содержащий подключенный к входным выводам инвертора через дроссели фильтра однофазный мост на управляемых вентилях с встречно-параллельными диодами, зашунтированный конденсатором фильтра, выходные выводы переменного тока однофазного моста соединены с выходными выводами инвертора через коммутирующий дроссель, выходные выводы инвертора зашунтированы компенсирующим конденсатором (П. 0061964 РФ, МКИ H02M 7/00. Автономный согласованный резонансный инвертор / Силкин Е.М. - Заявл. 13.11.06. Опубл. 10.03.07, БИ №7).A self-contained matched inverter with resonant switching is known, comprising a single-phase bridge connected to the input terminals of the inverter via filter inductors on controlled gates with on-parallel diodes, shunted by a filter capacitor, AC output terminals of a single-phase bridge are connected to the output terminals of the inverter via a switching inductor, output terminals of the inverter shunted by a compensating capacitor (P. 0061964 RF, MKI H02M 7/00. Autonomous matched resonant inverter / Silkin EM - For ow. 13.11.06. Publ. 10.03.07, BI №7).

Указанный автономный согласованный инвертор с резонансной коммутацией является наиболее близким по технической сущности к изобретению и выбран в качестве прототипа.The specified autonomous matched inverter with resonant switching is the closest in technical essence to the invention and is selected as a prototype.

Недостатком прототипа является низкая надежность работы автономного согласованного инвертора с резонансной коммутацией. Это обусловлено высокими уровнями токов управляемых вентилей и высокими уровнями электромагнитных помех, вызванных неполной компенсацией реактивности нагрузки, что может приводить к выходу управляемых вентилей из строя из-за перегрева структуры и сбоям в системе управления инвертора, а также высокими уровнями коммутационных перенапряжений на управляемых вентилях из-за обрыва прямого тока при выключении встречно-параллельных диодов и электрических потерь, что может вызвать пробой управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов.The disadvantage of the prototype is the low reliability of the stand-alone matched inverter with resonant switching. This is due to high levels of controlled valve currents and high levels of electromagnetic interference caused by incomplete compensation of load reactivity, which can lead to failure of controlled valves due to overheating of the structure and malfunctions in the inverter control system, as well as high levels of switching overvoltages on controlled valves from -for the interruption of direct current when turning off the anti-parallel diodes and electrical losses, which can cause breakdown of controlled valves and anti-parallel diodes.

Изобретение направлено на решение задачи повышения надежности работы автономного согласованного инвертора с квазирезонансной коммутацией, что является целью изобретения.The invention is aimed at solving the problem of improving the reliability of a stand-alone coordinated inverter with quasi-resonant switching, which is the purpose of the invention.

Указанная цель достигается тем, что в автономном согласованном инверторе с квазирезонансной коммутацией, содержащем подключенный к входным выводам инвертора через дроссели фильтра однофазный мост на управляемых вентилях с встречно-параллельными диодами, зашунтированный конденсатором фильтра, выходной вывод переменного тока однофазного моста соединен с выходным выводом инвертора через коммутирующий дроссель, выходные выводы инвертора зашунтированы компенсирующим конденсатором, второй выходной вывод переменного тока однофазного моста соединен с вторым выходным выводом инвертора через второй коммутирующий дроссель, коммутирующие дроссели выполнены магнитосвязанными и включены согласно, управляемые вентили зашунтированы коммутирующими конденсаторами, а выходные выводы переменного тока однофазного моста зашунтированы снабберным конденсатором.This goal is achieved by the fact that in a stand-alone coordinated inverter with quasi-resonant switching, containing a single-phase bridge connected to the input terminals of the inverter through filter inductors on controlled gates with counter-parallel diodes, shunted by a filter capacitor, the single-phase bridge AC output terminal is connected to the inverter output terminal through switching inductor, the output terminals of the inverter are shunted by a compensating capacitor, the second single-phase AC output terminal osta connected to the second output terminal of the inverter via the second commutating reactor, commutating reactors made magnitosvjazannymi and included under controlled switching valves shunted capacitors, and output terminals of the AC single-phase bridge are shunted snubber capacitor.

Существенным отличием, характеризующим изобретение, является повышение надежности работы автономного согласованного инвертора с квазирезонансной коммутацией, что достигается снижением уровней токов, электрических коммутационных и статических потерь и перенапряжений на управляемых вентилях и встречно-параллельных диодах, снижением уровней электромагнитных помех, исключением режимов перегрева структуры управляемых вентилей и сбоев в системе управления инвертора.A significant difference that characterizes the invention is to increase the reliability of a stand-alone coordinated inverter with quasi-resonant switching, which is achieved by lowering current levels, electrical switching and static losses and overvoltages on controlled valves and anti-parallel diodes, reducing electromagnetic interference levels, except for overheating modes of the structure of controlled valves and malfunctions in the inverter control system.

Повышение надежности работы автономного согласованного инвертора с квазирезонансной коммутацией является полученным техническим результатом, обусловленным новыми элементами в схеме инвертора, порядком их включения и новыми связями, то есть отличительными признаками изобретения. Таким образом, отличительные признаки заявляемого автономного согласованного инвертора с квазирезонансной коммутацией являются существенными. Заявляемый автономный согласованный инвертор приобретает свойства инвертора нового класса с квазирезонансной коммутацией.Improving the reliability of a stand-alone coordinated inverter with quasi-resonant switching is the technical result obtained due to new elements in the inverter circuit, the order of their inclusion and new connections, that is, the distinguishing features of the invention. Thus, the distinguishing features of the claimed autonomous matched inverter with quasi-resonant switching are essential. The inventive self-contained matched inverter acquires the properties of a new class of inverter with quasi-resonant switching.

На фиг.1 приведена схема автономного согласованного инвертора с квазирезонансной коммутацией, на фиг.2 изображены временные диаграммы электрических сигналов в схеме, поясняющие принцип работы и управления автономного согласованного инвертора с квазирезонансной коммутацией.Figure 1 shows a diagram of a stand-alone matched inverter with quasi-resonant switching, figure 2 shows a timing diagram of electrical signals in a circuit explaining the principle of operation and control of a stand-alone matched inverter with quasi-resonant switching.

Автономный согласованный инвертор с квазирезонансной коммутацией содержит подключенный к входным выводам инвертора через дроссели фильтра 1, 2 однофазный мост на управляемых вентилях 3-6 с встречно-параллельными диодами 7-10, зашунтированный конденсатором фильтра 11, выходной вывод переменного тока однофазного моста соединен с выходным выводом инвертора через коммутирующий дроссель 12, выходные выводы инвертора зашунтированы компенсирующим конденсатором 13, к выходным выводам инвертора подключена нагрузка 14, второй выходной вывод переменного тока однофазного моста соединен с вторым выходным выводом инвертора через второй коммутирующий дроссель 15, коммутирующие дроссели выполнены магнитосвязанными и включены согласно, управляемые вентили зашунтированы коммутирующими конденсаторами 16-19, а выходные выводы переменного тока однофазного моста зашунтированы снабберным конденсатором 20.The self-contained matched inverter with quasi-resonant switching contains a single-phase bridge connected to the input terminals of the inverter through filter inductors 1, 2 on controlled valves 3-6 with counter-parallel diodes 7-10, shunted by the filter capacitor 11, the AC output terminal of the single-phase bridge is connected to the output terminal inverter through a switching inductor 12, the output terminals of the inverter are shunted by a compensating capacitor 13, a load 14 is connected to the output terminals of the inverter, the second output terminal is switched Nogo-phase current bridge is connected to the second output terminal of the inverter via the second commutating choke 15, commutating reactors made magnitosvjazannymi and included under controlled valves shunted commutating capacitors 16-19 and the output single-phase AC terminals of the bridge are shunted snubber capacitor 20.

Автономный согласованный инвертор с квазирезонансной коммутацией в установившемся режиме работает следующим образом. Импульсы управления на управляемые вентили 3, 6 и 4, 5 поступают поочередно с частотой, равной частоте выходного сигнала инвертора. Значения индуктивностей дросселей фильтра 1, 2 выбраны достаточно большими для качественной фильтрации тока и напряжения на входе однофазного моста. Компенсирующий конденсатор 13 обеспечивает параллельную компенсацию реактивной мощности индукционного нагревателя (нагрузки) 14 и последовательную компенсацию реактивной мощности коммутирующих дросселей 12, 15. Коммутирующие дроссели 12, 15 могут представлять собой индуктивность нагрузки (части нагрузки) и (или) соединительных отводящих шин (кабелей). Целесообразно коммутирующие дроссели 12, 15 выполнить в виде самостоятельных магнитосвязанных элементов, включенных согласно, что позволяет снизить потери электрической энергии в них и, следовательно, общую загрузку управляемых вентилей 3-6 по мощности.Autonomous matched inverter with quasi-resonant switching in steady state operates as follows. The control pulses to the controlled valves 3, 6 and 4, 5 arrive alternately with a frequency equal to the frequency of the output signal of the inverter. The values of the inductances of the filter chokes 1, 2 are selected large enough for high-quality filtering of current and voltage at the input of a single-phase bridge. The compensating capacitor 13 provides parallel compensation of the reactive power of the induction heater (load) 14 and sequential compensation of the reactive power of the switching reactors 12, 15. The switching reactors 12, 15 can be the inductance of the load (part of the load) and (or) connecting branch busbars (cables). It is advisable to switch the inductors 12, 15 in the form of independent magnetically coupled elements included according to, which allows to reduce the loss of electrical energy in them and, therefore, the total load of the controlled valves 3-6 in power.

Полный цикл (период) T выходного сигнала автономного согласованного инвертора с квазирезонансной коммутацией состоит из двух одинаковых временных интервалов (полупериодов), соответствующих различным сочетаниям включенного и выключенного состояния управляемых вентилей 3-6 и встречно-параллельных диодов 7-10. В каждом полупериоде T/2, в общем случае, можно выделить три различных по характеру электромагнитных процессов временных интервала (одновременной работы двух управляемых вентилей однофазного моста, паузы в работе управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов, а также одновременной проводимости двух смежных встречно-параллельных диодов). Основной интервал соответствует интервалу одновременной проводимости двух управляемых вентилей однофазного моста 3, 6 или 4, 5. Два других интервала целесообразно устанавливать малой длительности выбором параметров элементов 12, 15 и 16-20, что обеспечивает высокие энергетические показатели устройства. На интервале одновременной проводимости двух смежных встречно-параллельных диодов 7, 10 или 8, 9 к выключившимся управляемым вентилям прикладывается небольшое обратное (отрицательное) напряжение, равное падению напряжения на соответствующем встречно-параллельном диоде (7-10), и управляемые вентили (3-6) могут включаться с минимальными коммутационными потерями (при использовании двухоперационных вентилей). В момент включения (начало: t1, t7 на фиг.2 полупериода T/2), например, управляемых вентилей 3, 6 напряжение на компенсирующем конденсаторе 13 имеет условно отрицательную полярность (положительный потенциал на правой по схеме обкладке компенсирующего конденсатора 13). Напряжение на компенсирующем конденсаторе 13 изменяется по колебательному закону. Уровень напряжения на компенсирующем конденсаторе 13 в момент включения управляемых вентилей 3, 6 ниже уровня амплитудного значения напряжения. Снабберный конденсатор 20 заражен до напряжения на конденсаторе фильтра 11 (положительный потенциал на левой по схеме обкладке снабберного конденсатора 11). Коммутирующие конденсаторы 16, 19 разряжены но нуля, а коммутирующие конденсаторы 17, 18 заряжены до напряжения на конденсаторе фильтра 11. Включение управляемых вентилей 3, 6 осуществляется с опережением относительно момента перехода мгновенного значения напряжения на компенсирующем конденсаторе 13 относительно нулевого уровня (емкостная расстройка параллельного нагрузочного контура 13, 14). Как видно из временных диаграмм фиг.2, включение вентилей 3, 6 производится при нулевом уровне (u3, 6) на них, что обуславливает минимальные электрические потери при включении. Ток через параллельный нагрузочный контур, образованный индукционным нагревателем 14 и компенсирующим конденсатором 13, начинает протекать от конденсатора фильтра 11 автономного согласованного инвертора с квазирезонансной коммутацией по цепи: 11-3-12-(13, 14)-15-6-11. Конденсатор фильтра 11 имеет достаточно большую емкость для качественного сглаживания напряжения на входе однофазного моста. Заряд конденсатора фильтра 11 осуществляется от источника питания автономного согласованного инвертора с квазирезонансной коммутацией по цепи: «+»-1-11-2-«-». Компенсирующий конденсатор 13 разряжается до нуля и колебательно перезаряжается до напряжения условно положительной полярности (положительный потенциал на левой по схеме обкладке). Параметры цепи: 11-3-12-(13, 14)-15-6-11 и угол опережения выбираются такими, чтобы электромагнитные процессы в ней также имели колебательный характер. То есть указанная цепь представляют собой последовательный колебательный контур, образованный коммутирующими дросселями 12, 15 и нескомпенсированной частью емкости компенсирующего конденсатора 13. Ток управляемых вентилей 3, 6 вначале возрастает, а затем спадает по квазиколебательному закону. В момент равенства (t1, t7) тока управляемых вентилей 3, 6 некоторому минимальному уровню они выключаются. То есть выключение управляемых вентилей 3, 6 также происходит с опережением на угол γ относительно моментов колебательного спада тока через них до нуля (индуктивная расстройка эквивалентного последовательного колебательного контура). Выключение управляемых вентилей 3, 6 осуществляется практически с нулевыми коммутационными потерями, так как коммутирующие конденсаторы 16, 19 разряжены, а снабберный конденсатор 20 заражен до напряжения на конденсаторе фильтра 11. В момент выключения (t1, t7) управляемых вентилей 3, 6 заканчивается первый интервал полупериода одновременной проводимости управляемых вентилей однофазного моста. На временных диаграммах фиг.2 первый интервал для управляемых вентилей 3, 6 соответствует [t0, t1] и [t6, t7]. После выключения управляемых вентилей 3, 6 во втором интервале паузы за счет электромагнитной энергии, накопленной в электромагнитном поле коммутирующих дросселей 13, 15, происходит сравнительно быстрый разряд коммутирующих конденсаторов 17, 18 до нуля, перезаряд снабберного конденсатора 20 от напряжения условно положительной до напряжения условно отрицательной полярности (положительный потенциал на правой по схеме обкладке снабберного конденсатора 11) и заряд коммутирующих конденсаторов 16, 19 до напряжения на конденсаторе фильтра 11. Таким образом, имеем режим квазирезонансного переключения или коммутации. На фиг.2 пауза после выключения управляемых вентилей 3, 6 соответствует интервалу [t1, t2], На третьем интервале [t2, t3] полупериода 772 включаются встречно- параллельные диоды 8, 9. Ток дальнейшего разряда компенсирующего конденсатора 13 происходит по цепи: 13-15-9-11-5-12-13. Одновременно компенсирующий конденсатор 13 продолжает перезаряжаться через нагрузку 14. На интервале одновременной проводимости двух смежных встречно-параллельных диодов 8, 9 к включающимся на следующем полупериоде управляемым вентилям 4, 5 прикладывается небольшое обратное (отрицательное) напряжение, равное падению напряжения на соответствующем встречно-параллельном диоде 8, 9, и управляемые вентили 4, 5 могут включаться при малых коммутационных потерях. К моменту выключения встречно-параллельных диодов 8, 9 заканчивается третий интервал рассматриваемого полупериода T/2. Далее включаются (t3, t8) управляемые вентили 4, 5. Компенсирующий конденсатор 13 в указанный момент времени заряжен с условно положительной полярностью напряжения и колебательно перезаряжается до напряжения противоположной полярности (отрицательный потенциал на левой по схеме обкладке). С момента включения управляемых вентилей 4, 5 заканчивается первый полупериод T/2 в работе автономного согласованного инвертора с квазирезонансной коммутацией. Во втором полупериоде T/2, при работе управляемых вентилей 4, 5 и встречно-параллельных диодов 7, 10, электромагнитные процессы в автономном согласованном инверторе с квазирезонансной коммутацией протекают аналогично, но токи через параллельный нагрузочный контур (13, 14) с индукционным нагревателем 14 на временных интервалах [t3, t4] и [t5, t6] второго полупериода T/2 имеют противоположное направление. По окончании второго полупериода снова включаются управляемые вентили 3, 6. Далее электромагнитные процессы в инверторе (новый период T выходного сигнала) полностью повторяются.The full cycle (period) T of the output signal of a self-contained matched inverter with quasi-resonant switching consists of two identical time intervals (half-periods) corresponding to various combinations of on and off state of controlled gates 3-6 and anti-parallel diodes 7-10. In each half-period T / 2, in the general case, one can distinguish three time intervals of different nature of electromagnetic processes (simultaneous operation of two controlled valves of a single-phase bridge, pauses in the operation of controlled valves and counter-parallel diodes, as well as the simultaneous conductivity of two adjacent counter-parallel diodes). The main interval corresponds to the simultaneous conduction interval of two controlled valves of a single-phase bridge 3, 6 or 4, 5. It is advisable to set the other two intervals of short duration by selecting the parameters of elements 12, 15 and 16-20, which ensures high energy performance of the device. In the interval of simultaneous conductivity of two adjacent counter-parallel diodes 7, 10 or 8, 9, a small reverse (negative) voltage equal to the voltage drop across the corresponding counter-parallel diode (7-10) and controlled valves (3- 6) can be switched on with minimal switching losses (when using dual-operation valves). At the time of switching on (start: t 1 , t 7 in FIG. 2 of the half-cycle T / 2), for example, of the controlled valves 3, 6, the voltage at the compensating capacitor 13 has a conditionally negative polarity (positive potential on the right-side circuit of the compensating capacitor 13). The voltage at the compensating capacitor 13 varies according to the oscillatory law. The voltage level at the compensating capacitor 13 at the moment of switching on the controlled valves 3, 6 is lower than the level of the voltage amplitude value. The snubber capacitor 20 is infected to a voltage across the filter capacitor 11 (positive potential on the left side of the snubber capacitor 11 circuit). The switching capacitors 16, 19 are discharged but zero, and the switching capacitors 17, 18 are charged to the voltage on the filter capacitor 11. The controlled valves 3, 6 are turned on ahead of the moment of switching the instantaneous voltage across the compensating capacitor 13 relative to the zero level (capacitive mismatch of the parallel load circuit 13, 14). As can be seen from the time diagrams of figure 2, the inclusion of valves 3, 6 is performed at a zero level (u 3 , 6 ) on them, which leads to minimal electrical losses when turned on. Current through a parallel load circuit formed by an induction heater 14 and a compensating capacitor 13 begins to flow from the filter capacitor 11 of an autonomous matched inverter with quasi-resonant switching along the circuit: 11-3-12- (13, 14) -15-6-11. The filter capacitor 11 has a sufficiently large capacity for high-quality smoothing of the voltage at the input of a single-phase bridge. The filter capacitor 11 is charged from a power source of an autonomous matched inverter with quasi-resonant switching along the circuit: “+” - 1-11-2 - “-”. The compensating capacitor 13 is discharged to zero and vibrationally recharged to a voltage of conditionally positive polarity (positive potential on the left lining according to the scheme). The circuit parameters: 11-3-12- (13, 14) -15-6-11 and the lead angle are chosen so that the electromagnetic processes in it also have an oscillatory character. That is, this circuit is a sequential oscillatory circuit formed by commutating chokes 12, 15 and the uncompensated part of the capacitance of the compensating capacitor 13. The current of the controlled valves 3, 6 initially increases and then decreases according to a quasi-oscillatory law. At the moment of equality (t 1 , t 7 ) of the current of the controlled valves 3, 6 to a certain minimum level, they turn off. That is, the shutdown of the controlled valves 3, 6 also occurs ahead of the angle γ relative to the moments of the oscillatory decay of the current through them to zero (inductive detuning of the equivalent sequential oscillatory circuit). The controlled valves 3, 6 are turned off with practically zero switching losses, since the switching capacitors 16, 19 are discharged, and the snubber capacitor 20 is infected to the voltage on the filter capacitor 11. At the moment of switching off (t 1 , t 7 ) of the controlled valves 3, 6 ends the first half-period interval of the simultaneous conduction of controlled valves of a single-phase bridge. In the time diagrams of FIG. 2, the first interval for the controlled valves 3, 6 corresponds to [t 0 , t 1 ] and [t 6 , t 7 ]. After turning off the controlled valves 3, 6 in the second interval of a pause due to the electromagnetic energy accumulated in the electromagnetic field of the switching chokes 13, 15, a relatively quick discharge of the switching capacitors 17, 18 to zero occurs, the snubber capacitor 20 is recharged from a conditionally positive voltage to a conditionally negative voltage polarity (positive potential on the right side of the circuit of the snubber capacitor 11) and the charge of the switching capacitors 16, 19 to the voltage across the filter capacitor 11. Thus, Immediately, we have a quasi-resonant switching or switching mode. In figure 2, the pause after turning off the controlled valves 3, 6 corresponds to the interval [t 1 , t 2 ]. On the third interval [t 2 , t 3 ] of the half-period 772, counter-parallel diodes 8, 9 are turned on. The current of the further discharge of the compensating capacitor 13 occurs along the chain: 13-15-9-11-5-12-13. At the same time, the compensating capacitor 13 continues to recharge through the load 14. In the interval of simultaneous conductivity of two adjacent counter-parallel diodes 8, 9, a small reverse (negative) voltage equal to the voltage drop across the corresponding counter-parallel diode is applied to the controlled valves 4, 5 that turn on in the next half-cycle 8, 9, and controlled valves 4, 5 can be switched on with small switching losses. By the time the anti-parallel diodes 8, 9 are turned off, the third interval of the considered half-cycle T / 2 ends. Then, the controlled valves 4, 5 are turned on (t 3 , t 8 ). The compensating capacitor 13 at the indicated time is charged with a conditionally positive voltage polarity and is vibrationally recharged to a voltage of opposite polarity (negative potential on the left-hand side wiring diagram). From the moment the controlled gates 4, 5 are turned on, the first T / 2 half-cycle in the operation of an autonomous matched inverter with quasi-resonant switching ends. In the second half-cycle T / 2, during operation of controlled valves 4, 5 and counter-parallel diodes 7, 10, electromagnetic processes in a self-contained matched inverter with quasi-resonant switching proceed similarly, but currents through a parallel load circuit (13, 14) with an induction heater 14 at time intervals [t 3 , t 4 ] and [t 5 , t 6 ] of the second half period T / 2 have the opposite direction. At the end of the second half-cycle, the controlled valves 3, 6 turn on again. Then, the electromagnetic processes in the inverter (new period T of the output signal) are completely repeated.

Управляемые вентили 3-6 при реализации автономного согласованного инвертора с квазирезонансной коммутацией могут быть выполнены как однооперационными симметричными или не имеющими обратной блокирующей способности (тиристоры различных типов, реверсивно-включаемые динисторы, газоразрядные вентили) с искусственной коммутацией, так и двухоперационными, то есть полностью управляемыми симметричными или несимметричными (запираемые тиристоры, транзисторы различных типов, комбинированные ключи).Controlled valves 3-6 when implementing a self-contained matched inverter with quasi-resonant switching can be performed as single-operation symmetrical or without reverse blocking ability (thyristors of various types, reversibly-switched dynistors, gas-discharge valves) with artificial switching, and two-operation, that is, fully controlled symmetric or asymmetric (lockable thyristors, transistors of various types, combination keys).

По сравнению с прототипом существенно повышается надежность работы автономного согласованного инвертора с квазирезонансной коммутацией. Это достигается комплексным снижением величин токов управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов за счет использования параллельной компенсации реактивности индукционного нагревателя (нагрузки), уровней перенапряжений на управляемых вентилях, возникающих при их выключении, уровней электромагнитных помех, возникающих при выключении управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов, коммутационных электрических потерь в элементах схемы за счет «мягкой» коммутации управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов, обеспечением симметричного ограничения тока источника питания инвертора при аварийных замыканиях выходных выводов инвертора на корпус нагрузки за счет дросселей фильтра. Повышается устойчивость и, следовательно, надежность работы автономного согласованного инвертора с квазирезонансной коммутацией и уменьшается вероятность срывов инвертирования при работе на изменяющуюся в широких пределах электротехнологическую нагрузку (индукционный нагреватель), а также сбоев в системе управления инвертора.Compared with the prototype, the reliability of a stand-alone coordinated inverter with quasi-resonant switching is significantly increased. This is achieved by a comprehensive reduction in the values of the currents of controlled valves and counter-parallel diodes due to the use of parallel compensation of the reactivity of the induction heater (load), the levels of overvoltage on the controlled valves that occur when they are turned off, the levels of electromagnetic interference that occur when the controlled valves and counter-parallel diodes are turned off switching electrical losses in circuit elements due to the "soft" switching of controlled gates and counter-parallel diodes, providing By the symmetric limitation of the current of the inverter power supply in case of emergency circuits of the inverter output terminals to the load casing due to filter chokes. The stability and, consequently, the reliability of an autonomous matched inverter with quasi-resonant switching is increased and the likelihood of inversion failures when working on a widely varying electrotechnological load (induction heater), as well as failures in the inverter control system, is reduced.

Повышение надежности автономного согласованного резонансного инвертора оценивается по времени наработки устройства на отказ. Согласно экспериментальным исследованиям и экспертным оценкам время наработки на отказ заявляемого инвертора может быть увеличено на 40÷50%.The increase in the reliability of an autonomous matched resonant inverter is estimated by the time between which the device operates on failure. According to experimental studies and expert estimates, the time between failures of the claimed inverter can be increased by 40 ÷ 50%.

По сравнению с прототипом дополнительно повышается коэффициент полезного действия инвертора за счет уменьшения коммутационных потерь энергии в управляемых вентилях и встречно-параллельных диодах (снижение уровней коммутационных перенапряжений, начальных скоростей нарастания и скоростей спада тока при включениях и выключениях управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов, рекуперация части энергии перенапряжений в нагрузку, эффективной компенсации реактивности нагрузки).Compared with the prototype, the inverter’s efficiency is additionally increased by reducing switching energy losses in controlled valves and counter-parallel diodes (lowering levels of switching overvoltages, initial rise and fall rates of currents when turning on and off controlled valves and counter-parallel diodes, recovery part of the energy of the overvoltage in the load, effective compensation of the reactivity of the load).

Дополнительно (по сравнению с прототипом) может быть существенно упрощена конструкция энергетической (силовой) части автономного согласованного инвертора с квазирезонансной коммутацией за счет обеспечения возможности использования управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов со сниженными требованиями к их параметрам и более низкой ценой.Additionally (in comparison with the prototype), the design of the energy (power) part of an autonomous matched inverter with quasi-resonant switching can be significantly simplified by providing the possibility of using controlled valves and anti-parallel diodes with reduced requirements for their parameters and lower price.

Claims (1)

Автономный согласованный инвертор с квазирезонансной коммутацией, содержащий подключенный к входным выводам инвертора через дроссели фильтра однофазный мост на управляемых вентилях с встречно-параллельными диодами, зашунтированный конденсатором фильтра, выходной вывод переменного тока однофазного моста соединен с выходным выводом инвертора через коммутирующий дроссель, выходные выводы инвертора зашунтированы компенсирующим конденсатором, отличающийся тем, что второй выходной вывод переменного тока однофазного моста соединен с вторым выходным выводом инвертора через второй коммутирующий дроссель, коммутирующие дроссели выполнены магнитосвязанными и включены согласно, управляемые вентили зашунтированы коммутирующими конденсаторами, а выходные выводы переменного тока однофазного моста зашунтированы снабберным конденсатором. A self-contained matched inverter with quasi-resonant switching, comprising a single-phase bridge connected to the input terminals of the inverter through filter inductors on controlled gates with counter-parallel diodes, shunted by a filter capacitor, a single-phase bridge AC output terminal connected to the inverter output terminal through a switching inductor, the inverter output terminals are bridged compensating capacitor, characterized in that the second AC output of the single-phase bridge is connected to torym output terminal of the inverter via the second commutating reactor, commutating reactors made magnitosvjazannymi and included under controlled switching valves shunted capacitors, and output terminals of the AC single-phase bridge are shunted snubber capacitor.
RU2009128887/07A 2009-07-27 2009-07-27 Stand-alone harmonica inverter with quazi-resonance switching RU2453976C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009128887/07A RU2453976C2 (en) 2009-07-27 2009-07-27 Stand-alone harmonica inverter with quazi-resonance switching

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009128887/07A RU2453976C2 (en) 2009-07-27 2009-07-27 Stand-alone harmonica inverter with quazi-resonance switching

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009128887A RU2009128887A (en) 2011-02-10
RU2453976C2 true RU2453976C2 (en) 2012-06-20

Family

ID=46308929

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009128887/07A RU2453976C2 (en) 2009-07-27 2009-07-27 Stand-alone harmonica inverter with quazi-resonance switching

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2453976C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU177675U1 (en) * 2017-05-16 2018-03-06 Евгений Михайлович Силкин Stand Alone Inverter
RU222619U1 (en) * 2023-10-05 2024-01-12 Федеральное государственное бюджетное образовательно учреждение высшего образования "Уфимский университет науки и технологий" RESONANT INVERTER WITH QUASI-RESONANT SNUBBER

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU168150A1 (en) *
WO1993004525A1 (en) * 1991-08-26 1993-03-04 Electricite De France-Service National Method of regulating a quasi-resonant voltage inverter
US20050276984A1 (en) * 2004-06-10 2005-12-15 Nitto Denko Corporation Steel plate reinforcing sheet
RU61964U1 (en) * 2006-11-13 2007-03-10 Закрытое акционерное общество "Электроника силовая" AUTONOMOUS AGREED RESONANCE INVERTER
JP2007194006A (en) * 2006-01-18 2007-08-02 Hitachi Appliances Inc Induction heating device
RU68813U1 (en) * 2007-08-13 2007-11-27 Общество с ограниченной ответственностью "Силовая электроника" AUTONOMOUS AGREED INVERTER WITH RESONANT COMMUTATION
RU2341002C1 (en) * 2007-03-21 2008-12-10 Закрытое акционерное общество "Электроника силовая" Method of inverter control

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU168150A1 (en) *
WO1993004525A1 (en) * 1991-08-26 1993-03-04 Electricite De France-Service National Method of regulating a quasi-resonant voltage inverter
US20050276984A1 (en) * 2004-06-10 2005-12-15 Nitto Denko Corporation Steel plate reinforcing sheet
JP2007194006A (en) * 2006-01-18 2007-08-02 Hitachi Appliances Inc Induction heating device
RU61964U1 (en) * 2006-11-13 2007-03-10 Закрытое акционерное общество "Электроника силовая" AUTONOMOUS AGREED RESONANCE INVERTER
RU2341002C1 (en) * 2007-03-21 2008-12-10 Закрытое акционерное общество "Электроника силовая" Method of inverter control
RU68813U1 (en) * 2007-08-13 2007-11-27 Общество с ограниченной ответственностью "Силовая электроника" AUTONOMOUS AGREED INVERTER WITH RESONANT COMMUTATION

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU177675U1 (en) * 2017-05-16 2018-03-06 Евгений Михайлович Силкин Stand Alone Inverter
RU222619U1 (en) * 2023-10-05 2024-01-12 Федеральное государственное бюджетное образовательно учреждение высшего образования "Уфимский университет науки и технологий" RESONANT INVERTER WITH QUASI-RESONANT SNUBBER

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009128887A (en) 2011-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8503199B1 (en) AC/DC power converter with active rectification and input current shaping
US10707743B2 (en) Circuit with low DC bias storage capacitors for high density power conversion
CN102332839A (en) Cascade type time-interval variable-order multi-level static converter
TW201509109A (en) Single phase inverter
US10312825B2 (en) Five-level half bridge inverter topology with high voltage utilization ratio
JP2015027169A (en) Isolated multilevel converter
RU2341002C1 (en) Method of inverter control
RU2453976C2 (en) Stand-alone harmonica inverter with quazi-resonance switching
RU61964U1 (en) AUTONOMOUS AGREED RESONANCE INVERTER
RU90275U1 (en) AUTONOMOUS AGREED INVERTER WITH RESONANT COMMUTATION
RU2454782C1 (en) Frequency converter control method
RU2449459C1 (en) Stand-alone matched inverter with resonant commutation
RU2399145C1 (en) Converter of frequency with explicit dc link
RU104400U1 (en) AUTONOMOUS AGREED INVERTER WITH RESONANT COMMUTATION
RU68813U1 (en) AUTONOMOUS AGREED INVERTER WITH RESONANT COMMUTATION
RU167948U1 (en) Transformer Pulse Converter
RU2398346C1 (en) Autonomous matched inverter with quasi-resonant commutation and method for control of autonomous matched inverter with quasi-resonant commutation
RU68809U1 (en) AUTONOMOUS AGREED INVERTER WITH RESONANT COMMUTATION
RU2394347C1 (en) Thyristor frequency converter
RU89307U1 (en) INDEPENDENT VOLTAGE INVERTER WITH QUASI-RESONANCE COMMUTATION
RU89306U1 (en) AUTONOMOUS AGREED INVERTER WITH QUASI-RESONANCE COMMUTATION
RU68806U1 (en) AGREED FREQUENCY CONVERTER WITH INDIRECTLY EXPRESSED DC LINK AND RESONANT COMMUNICATION
RU2215361C1 (en) Bridge inverter
RU68808U1 (en) AUTONOMOUS AGREED INVERTER WITH RESONANT COMMUTATION
RU60284U1 (en) AGREED RESONANT FREQUENCY CONVERTER WITH INDIVIDUALLY EXPRESSED DC LINK

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120422