RU2614045C1 - Transistor inverter - Google Patents

Transistor inverter Download PDF

Info

Publication number
RU2614045C1
RU2614045C1 RU2016113238A RU2016113238A RU2614045C1 RU 2614045 C1 RU2614045 C1 RU 2614045C1 RU 2016113238 A RU2016113238 A RU 2016113238A RU 2016113238 A RU2016113238 A RU 2016113238A RU 2614045 C1 RU2614045 C1 RU 2614045C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
winding
transistor
power transistor
terminal
capacitor
Prior art date
Application number
RU2016113238A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Святослав Константинович Земан
Виталий Петрович Петрович
Александр Юрьевич Чернышев
Игорь Александр Чернышев
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
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 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Priority to RU2016113238A priority Critical patent/RU2614045C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2614045C1 publication Critical patent/RU2614045C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/453—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

Landscapes

  • Inverter Devices (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: transistor inverter has an uncontrolled rectifier arranged in a bridge circuit that is connected on one side to a power line, on the other hand to the capacitor filter, to the positive and negative terminals of which is connected single-phase voltage inverter comprising four field-effect transistors, two-wheeling diode and inverter control unit, a drain of the first power transistor connected to the cathode of the first free-wheeling diode and the positive terminal of the filter capacitor, the source of the first power transistor is connected to the anode of the first free-wheeling diode, the drain of the second power transistor connected to the cathode of the second free-wheeling diode and the positive terminal of the filter capacitor, the source the second power transistor connected to the anode of the second diode is reverse, the gates of all four field transistors are connected to the inverter control unit. The voltage source inverter, the first power transistor is connected to the source of the first auxiliary transistor, the drain of which is connected to the negative terminal of the filter capacitor. The source of the second power transistor is connected to the source of the second auxiliary transistor whose drain is connected to the negative terminal of the filter capacitor. The transformer has two primary semi-windings, first and second in series and according to the forming medium output beginning of the first primary semi-windings connected to the sources of the first power transistor and the first auxiliary transistor and the end of the second primary semi-windings connected to the sources of the second power transistor and the second auxiliary transistor. To the secondary winding of the transformer, the active-inductive load is connected in parallel. To the middle pin of the transformer, the beginning of the primary winding of a three-winding choke is connected, the end of the primary winding is connected to the negative terminal of the filter capacitor. Finished auxiliary winding two winding inductor is connected to the anode of the diode of the charge storage capacitor electric power, the cathode of which is connected to one terminal of a capacitor storage of electric energy and at the same time to the anode of the thyristor, the cathode of which is connected to the middle conclusion of the transformer, the other terminal additional winding two winding inductor and a second terminal capacitor electrical energy storage device connected to the negative terminal of the filter capacitor. The gate electrode of the thyristor is connected to the inverter control unit.
EFFECT: reducing the amount of power field-effect transistors, which reduces the weight and size parameters and the key elements of the converter as a whole, increase the control range of the output voltage on the active-inductive load, providing galvanic isolation of the high-voltage inverter and the load.
2 dwg

Description

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к преобразователям частоты, и может быть использовано в качестве источников питания электротехнологических установок: индукционных и сварочных, в частотно - регулируемом электроприводе, во вторичных источниках электропитания и др.The invention relates to a conversion technique, in particular to frequency converters, and can be used as power sources for electrotechnological installations: induction and welding, in a frequency-controlled electric drive, in secondary power sources, etc.

Известен преобразователь переменного тока для питания индуктора [RU 56741 U1, МПК H02M 5/45, опубл. 10.09.2006], содержащий входной сетевой выпрямитель, фильтр, первый инвертор, имеющий силовой вход, силовой выход и первый управляющий выход; индуктор и систему управления, имеющую первый задающий вход и первый управляющий выход, связанный с первым управляющим входом первого инвертора. Выход входного сетевого выпрямителя подключен к выходу фильтра, выход которого подключен к силовому входу первого инвертора.Known AC converter for powering the inductor [RU 56741 U1, IPC H02M 5/45, publ. 09/10/2006], comprising an input mains rectifier, a filter, a first inverter having a power input, a power output, and a first control output; an inductor and a control system having a first master input and a first control output coupled to a first control input of the first inverter. The output of the input mains rectifier is connected to the output of the filter, the output of which is connected to the power input of the first inverter.

Второй инвертор имеет силовой вход, силовой выход, первый и второй управляющие входы. Кроме того преобразователь содержит первый и второй трансформаторы с первичной и вторичной обмотками, первый и второй разделительные конденсаторы, резонансный конденсатор колебательного контура и датчик тока.The second inverter has a power input, a power output, the first and second control inputs. In addition, the converter contains first and second transformers with primary and secondary windings, first and second isolation capacitors, a resonant oscillator circuit capacitor and a current sensor.

Система управления имеет второй задающий вход, информационный вход, а также второй и третий управляющие выходы. Силовой вход второго инвертора подключен к выходу фильтра. Силовые выходы первого и второго инверторов подключены соответственно к первичным обмоткам первого и второго трансформаторов через первый и второй разделительные конденсаторы.The control system has a second master input, an information input, as well as a second and third control outputs. The power input of the second inverter is connected to the output of the filter. The power outputs of the first and second inverters are connected respectively to the primary windings of the first and second transformers through the first and second isolation capacitors.

Вторичные обмотки первого и второго трансформаторов соединены согласно и последовательно с резонансным конденсатором колебательного контура, индуктором и датчиком тока, выход которого подключен к информационному входу системы управления. Первый инвертор дополнительно снабжен вторым управляющим входом, связанным со вторым управляющим выходом системы управления. Первые управляющие входы первого и второго инверторов объединены и подключены к первому управляющему выходу системы управления. Второй управляющий вход второго инвертора подключен к третьему управляющему выходу системы управления.The secondary windings of the first and second transformers are connected according to and in series with the resonant capacitor of the oscillating circuit, an inductor and a current sensor, the output of which is connected to the information input of the control system. The first inverter is further provided with a second control input connected to a second control output of the control system. The first control inputs of the first and second inverters are combined and connected to the first control output of the control system. The second control input of the second inverter is connected to the third control output of the control system.

Каждый из инверторов содержит четыре полностью управляемых силовых ключа, а преобразователь переменного тока - восемь таких ключей, что приводит к увеличению массогабаритных показателей устройства.Each of the inverters contains four fully controllable power switches, and an AC converter contains eight such switches, which leads to an increase in the overall dimensions of the device.

Известен преобразователь постоянного напряжения сварочной дуги постоянного тока [RU 87379 U1, МПК B23K 9/00; H02M 3/22, опубл. 10.10.2009], содержащий подключенный к входным выводам мостовой инвертор на управляемых ключах. К положительному входному выводу инвертора подключен катод диода, а к выводам переменного тока инвертора через согласующий электромагнитный блок и выпрямитель подключена нагрузка. Согласующий электромагнитный блок выполнен в виде двух многообмоточных дросселей, первичные обмотки которых включены встречно-последовательно, при этом первые одноименные концы вторичных обмоток объединены и подключены к первому выводу нагрузки. Вторые одноименные выводы вторичных обмоток через диоды выпрямителя подключены ко второму выводу нагрузки. Преобразователь постоянного напряжения сварочной дуги постоянного тока дополнительно содержит конденсатор, подключенный параллельно нагрузке, и дополнительный управляемый ключ, первый вывод которого подключен к отрицательному входному выводу инвертора, а его второй вывод соединен с общей точкой объединенных первичных обмоток дросселей согласующего электромагнитного блока и соединен с анодом диода.Known DC voltage Converter DC welding arc [RU 87379 U1, IPC B23K 9/00; H02M 3/22, publ. 10.10.2009], containing a bridge inverter connected to the input terminals on controlled keys. A diode cathode is connected to the positive input terminal of the inverter, and a load is connected to the inverter AC terminals through the matching electromagnetic unit and rectifier. The matching electromagnetic unit is made in the form of two multi-winding inductors, the primary windings of which are connected in opposite sequence, while the first ends of the same name of the secondary windings are combined and connected to the first output of the load. The second terminals of the same name of the secondary windings through the rectifier diodes are connected to the second terminal of the load. The DC / DC converter of the DC arc welding additionally contains a capacitor connected in parallel with the load, and an additional controlled key, the first terminal of which is connected to the negative input terminal of the inverter, and its second terminal is connected to a common point of the combined primary windings of the chokes of the matching electromagnetic unit and connected to the anode of the diode .

В таком преобразователе пять полностью управляемых силовых ключей, что приводит к завышению его массогабаритных показателей.There are five fully controllable power switches in such a converter, which leads to an overestimation of its overall dimensions.

Известен преобразователь переменного тока для питания индуктора [RU 2031534 C1, МПК H02M 5/45, опубл. 20.03 1995, фиг. 1], выбранный в качестве прототипа, содержащий выпрямитель на диодах с емкостным фильтром, мостовой однофазный транзисторный инвертор с индуктором в диагонали переменного тока. Транзисторы моста инвертора зашунтированы коммутирующими конденсаторами и встречными диодами. Затворы транзисторов инвертора подключены к блоку управления.Known AC converter for powering the inductor [RU 2031534 C1, IPC H02M 5/45, publ. 03.20 1995, FIG. 1], selected as a prototype, containing a rectifier on diodes with a capacitive filter, a bridge single-phase transistor inverter with an inductor in the diagonal of an alternating current. Inverter bridge transistors are shunted by switching capacitors and counter diodes. The gates of the inverter transistors are connected to the control unit.

Неуправляемый выпрямитель выполнен по мостовой схеме и подключен с одной стороны к питающей сети, с другой стороны - к емкостному фильтру, к положительному и отрицательному выводам которого подключен однофазный транзисторный инвертор напряжения. Инвертор напряжения содержит четыре силовых полевых транзистора, каждый из силовых транзисторов моста инвертора зашунтирован коммутирующим конденсатором и встречным диодом. Сток первого силового транзистора соединен с катодом первого обратного диода и с положительным выводом емкостного фильтра, исток первого силового транзистора подключен к аноду первого обратного диода. Сток второго силового транзистора соединен с катодом второго обратного диода и с положительным выводом емкостного фильтра, исток второго силового транзистора подключен к аноду второго обратного диода.The uncontrolled rectifier is made according to the bridge circuit and is connected on one side to the supply network, and on the other hand, to a capacitive filter, to the positive and negative terminals of which a single-phase transistor voltage inverter is connected. The voltage inverter contains four power field-effect transistors, each of the power transistors of the inverter bridge is shunted by a switching capacitor and a counter diode. The drain of the first power transistor is connected to the cathode of the first reverse diode and to the positive terminal of the capacitive filter, the source of the first power transistor is connected to the anode of the first reverse diode. The drain of the second power transistor is connected to the cathode of the second reverse diode and to the positive terminal of the capacitive filter, the source of the second power transistor is connected to the anode of the second reverse diode.

Сток третьего силового транзистора подключен к истоку первого силового транзистора и к катоду третьего обратного диода, исток третьего силового транзистора подключен к аноду третьего обратного диода и к отрицательному выводу емкостного фильтра. Сток четвертого силового транзистора подключен к истоку второго силового транзистора и к катоду четвертого обратного диода, исток четвертого силового транзистора подключен к аноду четвертого обратного диода и к отрицательному выводу емкостного фильтра. Затворы всех четырех силовых полевых транзисторов подключены к блоку управления инвертором. Один вывод нагрузки инвертора - индуктор соединен с истоком первого силового транзистора, другой вывод нагрузки инвертора соединен с истоком второго силового транзистора.The drain of the third power transistor is connected to the source of the first power transistor and to the cathode of the third inverse diode, the source of the third power transistor is connected to the anode of the third inverse diode and to the negative terminal of the capacitive filter. The drain of the fourth power transistor is connected to the source of the second power transistor and to the cathode of the fourth inverse diode, the source of the fourth power transistor is connected to the anode of the fourth inverse diode and to the negative terminal of the capacitive filter. The gates of all four power field-effect transistors are connected to the inverter control unit. One inverter load terminal - the inductor is connected to the source of the first power transistor, the other inverter load terminal is connected to the source of the second power transistor.

В инверторе такого преобразователя переменного тока прототипа использованы четыре силовых полевых транзистора, что приводит к завышению массогабаритных показателей.In the inverter of such an AC converter of the prototype, four power field-effect transistors are used, which leads to an overestimation of overall dimensions.

Кроме того, недостатками прототипа являются: ограниченный диапазон регулирования выходного напряжения, составляющий 60-75% от максимального уровня, поскольку регулирование осуществляется изменением интервала времени паузы; отсутствие гальванической развязки нагрузки (индуктора) и высоковольтной цепи преобразователя переменного тока.In addition, the disadvantages of the prototype are: a limited range of regulation of the output voltage, comprising 60-75% of the maximum level, since the regulation is carried out by changing the interval of the pause time; lack of galvanic isolation of the load (inductor) and the high-voltage circuit of the AC converter.

Задачей изобретения являются: уменьшение числа силовых полевых транзисторов; увеличение диапазона регулирования выходного напряжения на активно-индуктивной нагрузке; обеспечение гальванической развязки высоковольтной части инвертора и нагрузки.The objective of the invention are: reducing the number of power field effect transistors; increasing the range of regulation of the output voltage at the active inductive load; providing galvanic isolation of the high-voltage part of the inverter and the load.

Предложенный транзисторный преобразователь частоты, так же как в прототипе, содержит неуправляемый выпрямитель, выполненный по мостовой схеме, подключенный с одной стороны к питающей сети, с другой стороны к конденсатору фильтра. К положительному и к отрицательному выводам конденсатора фильтра подключен однофазный инвертор напряжения, содержащий четыре полевых транзистора - два силовых и два вспомогательных, два обратных диода и блок управления инвертором. Сток первого силового транзистора соединен с катодом первого обратного диода и с положительным выводом конденсатора фильтра, исток первого силового транзистора подключен к аноду первого обратного диода. Сток второго силового транзистора соединен с катодом второго обратного диода и с положительным выводом конденсатора фильтра, исток второго силового транзистора подключен к аноду второго обратного диода. Затворы всех четырех полевых транзисторов подключены к блоку управления инвертором. Транзисторный преобразователь частоты имеет в своем составе конденсатор, диод.The proposed transistor frequency converter, as in the prototype, contains an uncontrolled rectifier, made according to the bridge circuit, connected on one side to the supply network, on the other hand to the filter capacitor. A positive and negative terminals of the filter capacitor are connected to a single-phase voltage inverter containing four field-effect transistors - two power and two auxiliary, two reverse diodes and an inverter control unit. The drain of the first power transistor is connected to the cathode of the first reverse diode and to the positive terminal of the filter capacitor, the source of the first power transistor is connected to the anode of the first reverse diode. The drain of the second power transistor is connected to the cathode of the second reverse diode and to the positive terminal of the filter capacitor, the source of the second power transistor is connected to the anode of the second reverse diode. The gates of all four field-effect transistors are connected to the inverter control unit. The transistor frequency converter incorporates a capacitor, a diode.

Согласно изобретению в инверторе напряжения исток первого силового транзистора соединен с истоком первого вспомогательного транзистора, сток которого подключен к отрицательному выводу конденсатора фильтра. Исток второго силового транзистора соединен с истоком второго вспомогательного транзистора, сток которого подключен к отрицательному выводу конденсатора фильтра. Трансформатор содержит первую и вторую первичные полуобмотки, соединенные последовательно и согласно, образуя средний вывод. Начало первой первичной полуобмотки подключено к истокам первого силового транзистора и первого вспомогательного транзистора, а конец второй первичной полуобмотки подключен к истокам второго силового транзистора и второго вспомогательного транзистора. К вторичной обмотке трансформатора параллельно подсоединена активно-индуктивная нагрузка. К среднему выводу трансформатора подключено начало основной обмотки двухобмоточного дросселя, конец основной обмотки которого соединен с отрицательным выводом конденсатора фильтра. Конец дополнительной обмотки двухобмоточного дросселя соединен с анодом диода заряда конденсатора накопителя электрической энергии, катод которого подключен к одному выводу конденсатора накопителя электрической энергии и одновременно к аноду тиристора, катод которого подключен к среднему выводу трансформатора. Другой вывод дополнительной обмотки двухобмоточного дросселя и второй вывод конденсатора накопителя электрической энергии подключены к отрицательному выводу конденсатора фильтра. Управляющий электрод тиристора соединен с блоком управления инвертором.According to the invention, in the voltage inverter, the source of the first power transistor is connected to the source of the first auxiliary transistor, the drain of which is connected to the negative terminal of the filter capacitor. The source of the second power transistor is connected to the source of the second auxiliary transistor, the drain of which is connected to the negative terminal of the filter capacitor. The transformer contains the first and second primary half windings connected in series and in accordance, forming an average output. The beginning of the first primary half winding is connected to the sources of the first power transistor and the first auxiliary transistor, and the end of the second primary half winding is connected to the sources of the second power transistor and the second auxiliary transistor. An active-inductive load is connected in parallel to the secondary winding of the transformer. The beginning of the main winding of the double-winding inductor is connected to the middle terminal of the transformer, the end of the main winding of which is connected to the negative terminal of the filter capacitor. The end of the additional winding of the double-winding inductor is connected to the anode of the charge diode of the electric energy storage capacitor, the cathode of which is connected to one terminal of the electric energy storage capacitor and simultaneously to the thyristor anode, the cathode of which is connected to the middle terminal of the transformer. The other terminal of the additional winding of the double-winding inductor and the second terminal of the capacitor of the electric energy storage device are connected to the negative terminal of the filter capacitor. The thyristor control electrode is connected to the inverter control unit.

Предлагаемый транзисторный преобразователь частоты выполнен на двух силовых полевых транзисторах, что уменьшает его массогабаритные показатели. Этот преобразователь частоты позволяет регулировать выходное напряжения на активно-индуктивной нагрузке в диапазоне до 90%, так как изменение напряжения осуществляется широтно-импульсным регулированием. Активно-индуктивная нагрузка подключена к инвертору напряжения через трехобмоточный трансформатор, что позволяет осуществить ее гальваническую развязку от высоковольтной части инвертора.The proposed transistor frequency converter is made on two power field-effect transistors, which reduces its overall dimensions. This frequency converter allows you to adjust the output voltage on the active-inductive load in the range up to 90%, since the voltage is changed by pulse-width regulation. Active-inductive load is connected to the voltage inverter through a three-winding transformer, which allows its galvanic isolation from the high-voltage part of the inverter.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема силовых цепей транзисторного преобразователя частоты.In FIG. 1 is a schematic diagram of the power circuits of a transistor frequency converter.

На фиг. 2 приведены временные диаграммы, поясняющие работу транзисторного преобразователя частоты.In FIG. 2 is a timing chart explaining the operation of a transistor frequency converter.

Транзисторный преобразователь частоты (фиг. 1) содержит неуправляемый диодный выпрямитель 1, выполненный по мостовой схеме, подключенный с одной стороны к питающей сети, с другой стороны - к конденсатору 2 фильтра. К положительному выводу 3 и отрицательному выводу 4 конденсатора 2 фильтра подключен однофазный инвертор напряжения 5, который содержит два силовых транзистора - первый 6 и второй 7. Стоки первого 6 и второго 7 силовых транзисторов соединены с положительным выводом 3 конденсатора 2 фильтра. Каждый из силовых транзисторов 6 и 7 соответственно шунтирован обратным диодом 8 и 9. Затворы первого 6 и второго 7 силовых транзисторов подключены к блоку управления инвертором 10.The transistor frequency converter (Fig. 1) contains an uncontrolled diode rectifier 1, made according to the bridge circuit, connected on one side to the mains, and on the other hand to the filter capacitor 2. A single-phase voltage inverter 5 is connected to the positive terminal 3 and the negative terminal 4 of the filter capacitor 2, which contains two power transistors - the first 6 and second 7. The drains of the first 6 and second 7 power transistors are connected to the positive terminal 3 of the filter capacitor 2. Each of the power transistors 6 and 7, respectively, is shunted by a reverse diode 8 and 9. The gates of the first 6 and second 7 power transistors are connected to the control unit of the inverter 10.

Блок управления инвертором 10 может быть выполнен на аналоговых, цифровых элементах или микропроцессоре.The control unit of the inverter 10 can be performed on analog, digital elements or a microprocessor.

Исток первого силового транзистора 6 соединен с истоком первого вспомогательного транзистора 11, сток которого подключен к отрицательному выводу 4 конденсатора 2 фильтра. Исток второго силового транзистора 7 соединен с истоком второго вспомогательного транзистора 12, сток которого подключен к отрицательному выводу 4 конденсатора 2 фильтра. Затворы первого 11 и второго 12 вспомогательных транзисторов подключены к блоку управления инвертором 10.The source of the first power transistor 6 is connected to the source of the first auxiliary transistor 11, the drain of which is connected to the negative terminal 4 of the filter capacitor 2. The source of the second power transistor 7 is connected to the source of the second auxiliary transistor 12, the drain of which is connected to the negative terminal 4 of the filter capacitor 2. The gates of the first 11 and second 12 auxiliary transistors are connected to the control unit of the inverter 10.

Трансформатор 13 транзисторного инвертора напряжения 5 содержит две первичные полуобмотки - первую 14 и вторую 15, соединенные последовательно и согласно. Начало первой первичной полуобмотки 14 подключено к истокам первого силового транзистора 6 и первого вспомогательного транзистора 11, а конец второй первичной полуобмотки 15 подключен к истокам второго силового транзистора 7 и второго вспомогательного транзистора 12. Конец первой первичной полуобмотки 14 трансформатора 13 и начало второй первичной полуобмотки 15 трансформатора 13 объединены и образуют средний вывод 16.The transformer 13 of the transistor voltage inverter 5 contains two primary half-windings - the first 14 and second 15, connected in series and according to. The beginning of the first primary half winding 14 is connected to the sources of the first power transistor 6 and the first auxiliary transistor 11, and the end of the second primary half winding 15 is connected to the sources of the second power transistor 7 and the second auxiliary transistor 12. The end of the first primary half winding 14 of the transformer 13 and the beginning of the second primary half winding 15 transformer 13 are combined and form the middle terminal 16.

К вторичной обмотке 17 трансформатора 13 параллельно подсоединена активно-индуктивная нагрузка 18. Начала обмоток трансформатора 13 обозначены точками.An active inductive load 18 is connected in parallel to the secondary winding 17 of the transformer 13. The beginnings of the transformer 13 windings are indicated by dots.

К среднему выводу 16 трансформатора 13 подключено начало основной обмотки 19 двухобмоточного дросселя 20. Конец основной обмотки 19 двухобмоточного дросселя 20 соединен с отрицательным выводом 4 конденсатора 2 фильтра. Начала обмоток двухобмоточного дросселя 20 обозначены точками.To the middle terminal 16 of the transformer 13 is connected the beginning of the main winding 19 of the two-winding inductor 20. The end of the main winding 19 of the double-winding inductor 20 is connected to the negative terminal 4 of the filter capacitor 2. The beginning of the windings of the double-winding inductor 20 are indicated by dots.

Конец дополнительной обмотки 21 двухобмоточного дросселя 20 соединен с анодом диода 22, катод которого подключен к одному выводу конденсатора 23 накопителя электрической энергии и одновременно к аноду тиристора 24, катод которого подключен к среднему выводу 16 трансформатора 13. Другой вывод дополнительной обмотки 21 двухобмоточного дросселя 20 и второй вывод конденсатора 23 - накопителя электрической энергии подключены к отрицательному выводу 4 конденсатора 2 фильтра. Управляющий электрод тиристора 24 соединен с блоком управления инвертором 10.The end of the additional winding 21 of the double-winding inductor 20 is connected to the anode of the diode 22, the cathode of which is connected to one terminal of the capacitor 23 of the electric energy storage device and simultaneously to the anode of the thyristor 24, the cathode of which is connected to the middle terminal 16 of the transformer 13. Another terminal of the additional winding 21 of the double-winding inductor 20 and the second terminal of the capacitor 23 - electric energy storage connected to the negative terminal 4 of the filter capacitor 2. The control electrode of the thyristor 24 is connected to the control unit of the inverter 10.

Преобразователь частоты работает следующим образом. При подаче трехфазного напряжения на неуправляемый выпрямитель 1 на его выходе получается пульсирующее постоянное напряжение, которое поступает на конденсатор 2 фильтра. Конденсатор 2 фильтра заряжается до напряжения на выходе выпрямителя 1, так что на его выходе образуются положительный вывод 3 и отрицательный вывод 4.The frequency converter operates as follows. When applying a three-phase voltage to an uncontrolled rectifier 1, a pulsating constant voltage is obtained at its output, which is supplied to the filter capacitor 2. The filter capacitor 2 is charged to the voltage at the output of the rectifier 1, so that a positive terminal 3 and a negative terminal 4 are formed at its output.

В момент времени t1, когда ток

Figure 00000001
активно-индуктивной нагрузки 18 проходит через ноль (фиг. 2, а), первый силовой транзистор 6 открыт напряжением управления
Figure 00000002
(фиг. 2, б). На интервале времени t1-t2 через открытый первый силовой транзистор 6 начинает протекать ток по цепи: положительный вывод 3 конденсатора 2 фильтра, первый силовой транзистор 6, первая первичная полуобмотка 14 трансформатора 13, основная обмотка 19 двухобмоточного дросселя 20, отрицательный вывод 4 конденсатора 2 фильтра. Во вторичной обмотке 17 трансформатора 13 наводится постоянная по амплитуде положительная полуволна ЭДС (фиг. 2, в). В момент времени t2 с затвора первого силового транзистора 6 снимается напряжение управления
Figure 00000003
(фиг. 2, б) и первый силовой транзистор 6 закрывается.At time t 1 , when the current
Figure 00000001
active-inductive load 18 passes through zero (Fig. 2, a), the first power transistor 6 is open voltage control
Figure 00000002
(Fig. 2, b). On the time interval t 1 -t 2 through the open first power transistor 6, current flows through the circuit: the positive terminal 3 of the filter capacitor 2, the first power transistor 6, the first primary half-winding 14 of the transformer 13, the main winding 19 of the two-winding inductor 20, the negative terminal 4 of the capacitor 2 filters. In the secondary winding 17 of the transformer 13 is induced constant in amplitude positive half-wave EMF (Fig. 2, c). At time t 2, the control voltage is removed from the gate of the first power transistor 6
Figure 00000003
(Fig. 2, b) and the first power transistor 6 is closed.

На интервале времени t2-t3 с блока управления инвертором 10 на первый вспомогательный транзистор 11 подается напряжение управления

Figure 00000004
(фиг. 2, г). Первый вспомогательный транзистор 11 открывается и под действием ЭДС самоиндукции, возникающей в первой первичной полуобмотке 14 трансформатора 13 и основной обмотке 19 двухобмоточного дросселя 20 через основную обмотку 19 двухобмоточного дросселя 20 продолжает протекать ток по контуру: конец первой первичной полуобмотки 14, основная обмотка 19 двухобмоточного дросселя 20, первый вспомогательный транзистор 11, начало первой первичной полуобмотки 14 трансформатора 13.In the time interval t 2 -t 3 from the control unit of the inverter 10 to the first auxiliary transistor 11 is supplied control voltage
Figure 00000004
(Fig. 2, g). The first auxiliary transistor 11 opens and under the influence of the self-induction EMF that occurs in the first primary half-winding 14 of the transformer 13 and the main winding 19 of the double-winding inductor 20, the current continues to flow through the main winding 19 of the double-winding inductor 20: the end of the first primary half-winding 14, the main winding of the double-winding inductor 19 20, the first auxiliary transistor 11, the beginning of the first primary half-winding 14 of the transformer 13.

В результате на интервале времени t2-t3 ток

Figure 00000001
активно-индуктивной нагрузки 18 начинает уменьшаться по экспоненциальному закону. При этом на конце дополнительной обмотки 21 двухобмоточного дросселя 20 наводится ЭДС положительной полярности, под действием которой открывается диод 22 заряда конденсатора-накопителя электрической энергии и конденсатор 23 заряжается так, что на его верхней обкладке накапливается положительный потенциал. В момент времени t3 напряжение управления
Figure 00000004
(фиг. 2, г) становится равным нулю и первый вспомогательный транзистор 11 закрывается. После чего, от блока управления инвертором 10 импульсом напряжения управления
Figure 00000005
(фиг. 2, д) открывается тиристор 24. Под действием напряжения заряженного конденсатора 23 и ЭДС второй первичной полуобмотки 15 трансформатора 13 продолжает протекать ток по контуру: плюс верхней обкладки конденсатора 23 - накопителя электрической энергии, тиристор 24, вторая первичная полуобмотка 15 трансформатора 13, второй обратный диод 9, положительный вывод 3 конденсатора 2 фильтра, конденсатор 2 фильтра, отрицательный вывод 4 конденсатора 2 фильтра, нижняя обкладка конденсатора 23 - накопителя электрической энергии. Сброс энергии, накопленной в конденсаторе 23, индуктивностях трансформатора 13 и нагрузки 18 будет продолжаться до тех пор, пока ток разряда конденсатора 23 не станет равным нулю, а тиристор 24 не закроется.As a result, on the time interval t 2 -t 3 current
Figure 00000001
active-inductive load 18 begins to decrease exponentially. In this case, at the end of the additional winding 21 of the two-winding inductor 20, an EMF of positive polarity is induced, under the action of which the charge diode 22 of the capacitor-electric energy storage is opened and the capacitor 23 is charged so that a positive potential is accumulated on its upper lining. At time t 3 the control voltage
Figure 00000004
(Fig. 2, d) becomes equal to zero and the first auxiliary transistor 11 is closed. After which, from the control unit inverter 10 pulse voltage control
Figure 00000005
(Fig. 2, e) opens the thyristor 24. Under the action of the voltage of the charged capacitor 23 and the EMF of the second primary half winding 15 of the transformer 13, the current continues to flow along the circuit: plus the upper plate of the capacitor 23 - electric energy storage, thyristor 24, the second primary half winding 15 of the transformer 13 , the second reverse diode 9, the positive terminal 3 of the filter capacitor 2, the filter capacitor 2, the negative terminal 4 of the filter capacitor 2, the bottom plate of the capacitor 23 is an electric energy storage device. The discharge of energy stored in the capacitor 23, the inductors of the transformer 13 and the load 18 will continue until the discharge current of the capacitor 23 becomes zero, and the thyristor 24 is not closed.

Под действием тока, протекающего по второй первичной полуобмотке 15 трансформатора 13, во вторичной обмотке 17 трансформатора 13 наводится отрицательная полуволна ЭДС, а ток нагрузки

Figure 00000001
продолжает уменьшаться по экспоненциальному закону. Одновременно в момент времени t3, в течение интервала времени t3-t5 от блока управления инвертором 10 на затвор второго силового транзистора 7 подается напряжение управления
Figure 00000006
(фиг. 2, е), но второй силовой транзистор 7 продолжает оставаться закрытым, так как от падения напряжения на открытом диоде 9 к его истоку приложено напряжение положительной полярности относительно стока. Как только тиристор 24 закроется, к стоку второго силового транзистора 7 будет приложено напряжение положительной полярности вывода 3 конденсатора 2 фильтра и второй силовой транзистор 7 откроется. Через открытый второй силовой транзистор 7 начинает протекать ток по контуру: положительный вывод 3 конденсатора 2 фильтра, второй силовой транзистор 7, вторая первичная полуобмотка 15 трансформатора 13, основная обмотка 19 двухобмоточного дросселя 20, отрицательный вывод 4 конденсатора 2 фильтра. Во вторичной обмотке 17 трансформатора 13 наводится ЭДС отрицательной полярности E18 (фиг. 2, в). Под действием этой ЭДС в активно-индуктивной нагрузке 18 будет протекать ток, сначала уменьшающийся до нуля, а затем увеличивающийся (по абсолютной величине) в отрицательном направлении.Under the action of the current flowing through the second primary half-winding 15 of the transformer 13, a negative EMF half-wave is induced in the secondary winding 17 of the transformer 13, and the load current
Figure 00000001
continues to decrease exponentially. At the same time, at time t 3 , during the time interval t 3 -t 5 from the control unit of the inverter 10, the control voltage is applied to the gate of the second power transistor 7
Figure 00000006
(Fig. 2, f), but the second power transistor 7 continues to remain closed, since a voltage of positive polarity relative to the drain is applied to its source from the voltage drop across the open diode 9. As soon as the thyristor 24 closes, the voltage of the positive polarity of the output 3 of the filter capacitor 2 will be applied to the drain of the second power transistor 7 and the second power transistor 7 will open. A current begins to flow through the open second power transistor 7: the positive terminal 3 of the filter capacitor 2, the second power transistor 7, the second primary half-winding 15 of the transformer 13, the main winding 19 of the double-winding inductor 20, the negative terminal 4 of the filter capacitor 2. In the secondary winding 17 of the transformer 13 is induced EMF of negative polarity E 18 (Fig. 2, c). Under the influence of this EMF, a current will flow in the active-inductive load 18, first decreasing to zero, and then increasing (in absolute value) in the negative direction.

В момент времени t5 напряжение управления

Figure 00000006
(фиг. 2, е) снимается с затвора второго силового транзистора 7 и второй силовой транзистор 7 закрывается. После чего в момент времени t5 от блока управления инвертором 10 напряжение управления
Figure 00000007
подается на затвор второго вспомогательного транзистора 12. Второй вспомогательный транзистор 12 открывается и под действием ЭДС самоиндукции второй первичной полуобмотки 15 трансформатора 13 и основной обмотки 19 двухобмоточного дросселя 20 продолжает протекать ток по цепи: начало второй первичной полуобмотки 15 трансформатора 13, основная обмотка 19 двухобмоточного дросселя 20, второй вспомогательный транзистор 12, конец второй первичной полуобмотки 15 трансформатора 13. При этом ток
Figure 00000001
активно-индуктивной нагрузки 18 на интервале времени t5-t6 - начинает уменьшаться по абсолютной величине (фиг. 2, а). На конце дополнительной обмотки 21 двухобмоточного дросселя 20 наводится ЭДС положительной полярности, открывается диод 22 и конденсатор 23 заряжается так, что на его верхней обкладке накапливается положительный потенциал.At time t 5 , the control voltage
Figure 00000006
(Fig. 2, f) is removed from the gate of the second power transistor 7 and the second power transistor 7 is closed. Then, at time t 5 from the control unit of the inverter 10, the control voltage
Figure 00000007
is fed to the gate of the second auxiliary transistor 12. The second auxiliary transistor 12 opens and under the influence of the self-induction EMF of the second primary half winding 15 of the transformer 13 and the main winding 19 of the double winding inductor 20, current flows through the circuit: the beginning of the second primary half winding 15 of the transformer 13, the main winding 19 of the double winding inductor 20, the second auxiliary transistor 12, the end of the second primary half winding 15 of the transformer 13. In this case, the current
Figure 00000001
active-inductive load 18 on the time interval t 5 -t 6 - begins to decrease in absolute value (Fig. 2, a). At the end of the additional winding 21 of the two-winding inductor 20, an EMF of positive polarity is induced, a diode 22 is opened, and the capacitor 23 is charged so that a positive potential is accumulated on its upper plate.

В момент времени t6 импульсом напряжения управления

Figure 00000008
(фиг. 2, д) от блока управления инвертором 10 открывается тиристор 24 и конденсатор 23 - накопитель электрической энергии начинает разряжаться по цепи: плюс верхней обкладки конденсатора 23, тиристор 24, первая первичная полуобмотка 14 трансформатора 13, первый обратный диод 8, положительный вывод 3 конденсатора 2 фильтра, конденсатор 2 фильтра, отрицательный вывод 4 конденсатора 2 фильтра, нижняя отрицательная обкладка конденсатора 23 - накопителя электрической энергии.At time t 6 , the control voltage pulse
Figure 00000008
(Fig. 2, e) from the control unit of the inverter 10 opens the thyristor 24 and the capacitor 23 - the electric energy storage device begins to discharge along the circuit: plus the upper plates of the capacitor 23, the thyristor 24, the first primary half-winding 14 of the transformer 13, the first reverse diode 8, a positive terminal 3 filter capacitors 2, filter capacitor 2, negative terminal 4 of filter capacitor 2, lower negative lining of capacitor 23 — electric energy storage device.

Этот процесс продолжается до тех пор, пока ток разряда конденсатора 23 - накопителя электрической энергии не станет равным нулю и тиристор 24 не закроется. Под действием тока, протекающего по первой первичной полуобмотке 14 трансформатора 13, во вторичной обмотке 17 трансформатора 13 наводится положительная полуволна ЭДС, а ток нагрузки

Figure 00000001
продолжает уменьшаться по абсолютной величине (фиг. 2, а).This process continues until the discharge current of the capacitor 23, the electric energy storage device, becomes zero and the thyristor 24 closes. Under the action of the current flowing through the first primary half-winding 14 of the transformer 13, a positive EMF half-wave is induced in the secondary winding 17 of the transformer 13, and the load current
Figure 00000001
continues to decrease in absolute value (Fig. 2, a).

Далее процессы в преобразователе частоты повторяются.Next, the processes in the frequency converter are repeated.

Длительности интервалов времени t3-t5 и t5-t6 - определяют половину периода выходного напряжения транзисторного преобразователя частоты, а следовательно, и частоту выходного напряжения преобразователя. Соотношение длительности интервалов времени t3-t5 и t5-t6 определяют выходное напряжение преобразователя в полупериоде.The durations of the time intervals t 3 -t 5 and t 5 -t 6 - determine half the period of the output voltage of the transistor frequency converter, and therefore the frequency of the output voltage of the converter. The ratio of the duration of the time intervals t 3 -t 5 and t 5 -t 6 determine the output voltage of the Converter in the half-cycle.

Приведенный пример выполнения транзисторного преобразователя частоты не ограничивает другие возможные типы силовых транзисторов: полевых типа MOSFET и биполярных транзисторов с изолированным затвором типа IGBT.The given example of a transistor frequency converter does not limit other possible types of power transistors: field-effect type MOSFET and bipolar transistors with an insulated gate type IGBT.

Claims (1)

Транзисторный преобразователь частоты, содержащий неуправляемый выпрямитель, выполненный по мостовой схеме, подключенный с одной стороны к питающей сети, с другой стороны к конденсатору фильтра, к положительному и отрицательному выводам которого подключен однофазный инвертор напряжения, содержащий четыре полевых транзистора, два обратных диода и блок управления инвертором, сток первого силового транзистора соединен с катодом первого обратного диода и с положительным выводом конденсатора фильтра, исток первого силового транзистора подключен к аноду первого обратного диода, сток второго силового транзистора соединен с катодом второго обратного диода и с положительным выводом конденсатора фильтра, исток второго силового транзистора подключен к аноду второго обратного диода, затворы всех четырех полевых транзисторов подключены к блоку управления инвертором, конденсатор, диод, отличающийся тем, что в инверторе напряжения исток первого силового транзистора соединен с истоком первого вспомогательного транзистора, сток которого подключен к отрицательному выводу конденсатора фильтра, исток второго силового транзистора соединен с истоком второго вспомогательного транзистора, сток которого подключен к отрицательному выводу конденсатора фильтра, трансформатор содержит две первичные полуобмотки, первую и вторую, соединенные последовательно и согласно, образуя средний вывод, начало первой первичной полуобмотки подключено к истокам первого силового транзистора и первого вспомогательного транзистора, а конец второй первичной полуобмотки подключен к истокам второго силового транзистора и второго вспомогательного транзистора, к вторичной обмотке трансформатора параллельно подсоединена активно-индуктивная нагрузка, к среднему выводу трансформатора подключено начало основной обмотки двухобмоточного дросселя, конец основной обмотки которого соединен с отрицательным выводом конденсатора фильтра, конец дополнительной обмотки двухобмоточного дросселя соединен с анодом диода заряда конденсатора-накопителя электрической энергии, катод которого подключен к одному выводу конденсатора-накопителя электрической энергии, и одновременно к аноду тиристора, катод которого подключен к среднему выводу трансформатора, другой вывод дополнительной обмотки двухобмоточного дросселя и второй вывод конденсатора-накопителя электрической энергии подключены к отрицательному выводу конденсатора фильтра, управляющий электрод тиристора соединен с блоком управления инвертором.A transistor frequency converter containing an uncontrolled rectifier made in a bridge circuit, connected on one side to the supply network, and on the other hand to a filter capacitor, to the positive and negative terminals of which a single-phase voltage inverter containing four field-effect transistors, two reverse diodes and a control unit is connected inverter, the drain of the first power transistor is connected to the cathode of the first reverse diode and to the positive terminal of the filter capacitor, the source of the first power transistor Connected to the anode of the first reverse diode, the drain of the second power transistor is connected to the cathode of the second reverse diode and to the positive terminal of the filter capacitor, the source of the second power transistor is connected to the anode of the second reverse diode, the gates of all four field-effect transistors are connected to the inverter control unit, the capacitor, the diode, characterized in that in the voltage inverter, the source of the first power transistor is connected to the source of the first auxiliary transistor, the drain of which is connected to the negative terminal filter sensor, the source of the second power transistor is connected to the source of the second auxiliary transistor, the drain of which is connected to the negative terminal of the filter capacitor, the transformer contains two primary half-windings, the first and second, connected in series and according to, forming the middle output, the beginning of the first primary half-winding is connected to the sources of the first power transistor and the first auxiliary transistor, and the end of the second primary half winding is connected to the sources of the second power transistor and the second of the auxiliary transistor, an active-inductive load is connected in parallel to the secondary winding of the transformer, the beginning of the main winding of the double-winding inductor is connected to the middle terminal of the transformer, the end of the main winding of which is connected to the negative terminal of the filter capacitor, the end of the additional winding of the double-winding inductor is connected to the anode of the charge diode of the electric storage capacitor-drive energy, the cathode of which is connected to one terminal of the capacitor-storage of electrical energy, and simultaneously to the anode of the thyristor, the cathode of which is connected to the intermediate tap of the transformer, the other terminal of the additional winding two winding inductor and a second terminal of the capacitor electrical energy storage device connected to the negative terminal of the filter capacitor, the control electrode of the thyristor is connected to the inverter control unit.
RU2016113238A 2016-04-06 2016-04-06 Transistor inverter RU2614045C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016113238A RU2614045C1 (en) 2016-04-06 2016-04-06 Transistor inverter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016113238A RU2614045C1 (en) 2016-04-06 2016-04-06 Transistor inverter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2614045C1 true RU2614045C1 (en) 2017-03-22

Family

ID=58453054

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016113238A RU2614045C1 (en) 2016-04-06 2016-04-06 Transistor inverter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2614045C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112054708A (en) * 2020-09-02 2020-12-08 青岛理工大学 Unipolar boost inverter of integrated switched capacitor circuit

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2171567A (en) * 1985-01-23 1986-08-28 Balay Sa Induction heating of cooker hot plates
RU2031534C1 (en) * 1992-09-22 1995-03-20 Евгений Михайлович Силкин A c converter for power supply of inductor
RU87379U1 (en) * 2009-06-01 2009-10-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ГОУВПО "ТУСУР") DC CONVERTER OF DC WELDING ARC OF DC

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2171567A (en) * 1985-01-23 1986-08-28 Balay Sa Induction heating of cooker hot plates
RU2031534C1 (en) * 1992-09-22 1995-03-20 Евгений Михайлович Силкин A c converter for power supply of inductor
RU87379U1 (en) * 2009-06-01 2009-10-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ГОУВПО "ТУСУР") DC CONVERTER OF DC WELDING ARC OF DC

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112054708A (en) * 2020-09-02 2020-12-08 青岛理工大学 Unipolar boost inverter of integrated switched capacitor circuit
CN112054708B (en) * 2020-09-02 2024-05-17 南京信息工程大学 Monopole boost inverter integrated with switched capacitor circuit

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9998018B2 (en) Resonant converters and methods
CN103259397B (en) Switching power supply device
JP2014103725A (en) Three-level power conversion device and control method thereof
Niapour et al. Extremely sparse parallel AC-link universal power converters
JP2019118234A (en) Isolated bidirectional dc/dc converter and control method of the same
US10381938B2 (en) Resonant DC-DC converter
RU2614045C1 (en) Transistor inverter
Ding et al. Switched coupled-inductor Z-source inverters with large conversion ratio and soft-switching condition
JP6803993B2 (en) DC voltage converter and how to operate the DC voltage converter
JPS5849112B2 (en) Commutation circuit
RU2544379C2 (en) Alternating voltage regulator
RU2234791C1 (en) Dc-to-ac converter
RU2619079C1 (en) Thyristor frequency converter
RU63620U1 (en) DC / DC Converter
Gareau et al. Improved control for isolated cycloconverter-type dual active bridge DC/AC converter
RU2717966C1 (en) Static voltage converter
Theron et al. Welding power supplies using the partial series resonant converter
CN113632363A (en) Insulated DC/DC converter with full bridge diode rectifier on secondary side and asymmetric auxiliary capacitor
RU158492U1 (en) CAPACITY-DISCHARGE DEVICE FOR CAPACITY ENERGY STORAGE
JP4644950B2 (en) Switching power supply
RU2581033C1 (en) Single-phase voltage inverter
RU2806673C1 (en) Power factor corrector with constant output voltage stabilization
RU2802419C1 (en) Adjustable transformer-rectifier device
RU117744U1 (en) CONVERTER
RU2479102C1 (en) Ac voltage controller

Legal Events

Date Code Title Description
TC4A Change in inventorship

Effective date: 20170609

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190407