RU90275U1 - AUTONOMOUS AGREED INVERTER WITH RESONANT COMMUTATION - Google Patents

AUTONOMOUS AGREED INVERTER WITH RESONANT COMMUTATION Download PDF

Info

Publication number
RU90275U1
RU90275U1 RU2009132872/22U RU2009132872U RU90275U1 RU 90275 U1 RU90275 U1 RU 90275U1 RU 2009132872/22 U RU2009132872/22 U RU 2009132872/22U RU 2009132872 U RU2009132872 U RU 2009132872U RU 90275 U1 RU90275 U1 RU 90275U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
inverter
switching
phase bridge
output
filter
Prior art date
Application number
RU2009132872/22U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
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 RU2009132872/22U priority Critical patent/RU90275U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU90275U1 publication Critical patent/RU90275U1/en

Links

Landscapes

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

Abstract

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, выходной вывод переменного тока однофазного моста соединен с выходным выводом инвертора через коммутирующий дроссель, выходные выводы инвертора зашунтированы компенсирующим конденсатором, отличающийся тем, что дроссели фильтра выполнены магнитосвязанными и включены согласно, второй выходной вывод переменного тока однофазного моста соединен с вторым выходным выводом инвертора через второй коммутирующий дроссель, коммутирующие дроссели выполнены магнитосвязанными и включены согласно, однофазный мост зашунтирован последовательной цепью из двух снабберных конденсаторов, общая точка соединения которых подключена к нулевому выводу корпуса устройства.A self-contained matched inverter with resonant switching, containing a single-phase bridge connected to the input terminals of the inverter through filter inductors on controlled valves with on-parallel diodes, a filter capacitor shunted, 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 filter chokes are made magnetically coupled and included according to the second yhodnoy output single-phase alternating current bridge is connected to the second output terminal of the inverter via the second commutating reactor, commutating reactors made magnitosvjazannymi and included under a single-phase bridge bypassed series circuit of the two snubber capacitors whose common connection point is connected to the zero output device housing.

Description

Полезная модель относится к преобразовательной технике и может быть использована при проектировании источников питания для индукционных нагревателей и других высокочастотных электротехнологических нагрузок. Полезная модель повышает надежность работы автономного согласованного инвертора с резонансной коммутацией.The utility model 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 utility model improves the reliability of a stand-alone matched inverter with 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 Н02М 5/45. Преобразователь частоты/ Силкин Е.М. - Заявл. 03.03.89, Опубл. 07.10.91, Б.И. №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 N02M 5/45. Frequency converter / Silkin EM - Application 03.03.89, Publish 07.10.91, B.I. 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 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 failure, as well as high levels of electromagnetic interference that occur when the oncoming diode is turned off, which can cause malfunctions 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 Н02М 5/45. Преобразователь частоты/ Силкин Е.М. - Заявл. 02.08.89, Опубл. 23.06.92, Б.И. №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 N02M 5/45. Frequency converter / Silkin EM - Declared 02.08.89, Publ. 23.06.92, B.I. 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 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 output terminals of the single-phase bridge AC 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 Н02М 7/00. Автономный согласованный резонансный инвертор/ Силкин Е.М. - Заявл. 13.11.06, Опубл. 10.03.07, Б.И. №7).A self-contained matched inverter with resonant switching is known, comprising a single-phase bridge connected to the input terminals of the inverter through 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 N02M 7/00. Autonomous matched resonant inverter / Silkin EM - For App. 13.11.06, Publish. 10.03.07, B.I. No. 7).

Указанный автономный согласованный инвертор с резонансной коммутацией является наиболее близким по технической сущности к полезной модели и выбран в качестве прототипа.The specified autonomous matched inverter with resonant switching is the closest in technical essence to a utility model 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.

Полезная модель направлена на решение задачи повышения надежности работы автономного согласованного инвертора с квазирезонансной коммутацией, что является целью полезной модели.The utility model is aimed at solving the problem of improving the reliability of an autonomous matched inverter with quasi-resonant switching, which is the purpose of the utility model.

Указанная цель достигается тем, что в автономном согласованном инверторе с резонансной 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, дроссели фильтра выполнены магнитосвязанными и включены согласно, второй выходной вывод переменного тока однофазного моста соединен с вторым выходным выводом инвертора через второй коммутирующий дроссель, коммутирующие дроссели выполнены магнитосвязанными и включены согласно, однофазный мост зашунтирован последовательной цепью из двух снабберных конденсаторов, общая точка соединения которых подключена к нулевому выводу корпуса устройства.This goal is achieved by the fact that in a self-contained matched inverter with 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 the filter capacitor, the output terminal of the single-phase bridge AC current is connected to the output terminal of the inverter through switching inductor, inverter output terminals are shunted by compensating capacitor, filter inductors are magnetically coupled and included ccording to the second output terminal of the AC single-phase bridge is connected to the second output terminal of the inverter via the second commutating reactor, commutating reactors made magnitosvjazannymi and included under a single-phase bridge bypassed series circuit of the two snubber capacitors whose common connection point is connected to the zero output device housing.

Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является повышение надежности работы автономного согласованного инвертора с резонансной 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 characterizing the utility model is an increase in the reliability of an autonomous matched inverter with resonant switching, which is achieved by lowering current levels, electrical switching and static losses and overvoltages on controlled valves and counter-parallel diodes, lowering levels of electromagnetic interference, with the exception of controlled mode overheating modes gates and faults in the inverter control system.

Повышение надежности работы автономного согласованного инвертора с резонансной коммутацией является полученным техническим результатом, обусловленным новыми элементами в схеме инвертора, порядком их включения и новыми связями, то есть отличительными признаками полезной модели. Таким образом, отличительные признаки заявляемого автономного согласованного инвертора с квазирезонансной коммутацией являются существенными. Заявляемый автономный согласованный инвертор приобретает свойства инвертора нового класса с резонансной коммутацией.Improving the reliability of a stand-alone coordinated inverter with 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 hallmarks of the utility model. 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 resonant switching.

На рисунке приведена схема автономного согласованного инвертора с резонансной коммутацией.The figure shows a diagram of an autonomous matched inverter with 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, дроссели фильтра выполнены магнитосвязанными и включены согласно, второй выходной вывод переменного тока однофазного моста соединен с вторым выходным выводом инвертора через второй коммутирующий дроссель 14, коммутирующие дроссели выполнены магнитосвязанными и включены согласно, однофазный мост зашунтирован последовательной цепью из двух снабберных конденсаторов 15, 16, общая точка соединения которых подключена к нулевому выводу корпуса устройства. К выходным выводам инвертора подключена нагрузка 17.A self-contained matched inverter with quasi-resonant switching contains, connected to the input terminals of the inverter via filter inductors 1, 2, a single-phase bridge on controlled valves 3-6 with counter-parallel diodes 7-10, shunted by the filter capacitor 11, the AC output of the single-phase bridge is connected to the output the output of the inverter through the switching inductor 12, the output terminals of the inverter are shunted by a compensating capacitor 13, the filter inductors are magnetically coupled and are turned on according to the second output The AC output terminal of the single-phase bridge is connected to the second output terminal of the inverter via the second switching inductor 14, the switching reactors are magnetically coupled and are connected according to the single-phase bridge is shunted by a series circuit of two snubber capacitors 15, 16, the common connection point of which is connected to the zero output of the device case. A load 17 is connected to the output terminals of the inverter.

Автономный согласованный инвертор с резонансной 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. Магнитная связь и согласное включение дросселей фильтра 1, 2 снижают электрические потери в них за счет меньшего требуемого общего числа витков при выполнении с требуемыми значениями индуктивностей. Снижение потерь уменьшает общую загрузку управляемых вентилей 3-6 и встречно-параллельных диодов 7-10 по мощности. Компенсирующий конденсатор 13 обеспечивает параллельную компенсацию реактивной мощности индукционного нагревателя (нагрузки) 17 и последовательную компенсацию реактивной мощности коммутирующих дросселей 12, 14. Коммутирующие дроссели 12, 14 выполняются в виде самостоятельных узлов с магнитной связью или могут представлять собой полностью или в части индуктивность нагрузки (части нагрузки) и (или) соединительных отводящих шин (кабелей). Целесообразно коммутирующие дроссели 12, 14 выполнить в виде самостоятельных магнитосвязанных элементов, включенных согласно, что позволяет снизить потери электрической энергии в них и, следовательно, общую загрузку управляемых вентилей 3-6 и встречно-параллельных диодов 7-10 по мощности.Autonomous matched inverter with 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 sufficiently large for high-quality filtering of current and voltage at the input of a single-phase bridge. Magnetic coupling and the consonant inclusion of filter chokes 1, 2 reduce the electrical losses in them due to the smaller required total number of turns when performed with the required inductances. Reducing losses reduces the total load of controlled valves 3-6 and anti-parallel diodes 7-10 in power. The compensating capacitor 13 provides parallel compensation of the reactive power of the induction heater (load) 17 and sequential compensation of the reactive power of the switching reactors 12, 14. The switching reactors 12, 14 are made in the form of independent nodes with magnetic coupling or can be fully or partially the inductance of the load (part load) and (or) connecting outlet busbars (cables). It is advisable that the switching chokes 12, 14 be made in the form of independent magnetically coupled elements connected according to, which allows to reduce the loss of electrical energy in them and, therefore, the total load of the controlled valves 3-6 and counter-parallel diodes 7-10 in power.

Полный цикл (период) Т выходного сигнала автономного согласованного инвертора с резонансной 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 Т/2, в общем случае, можно выделить два различных по характеру электромагнитных процессов временных интервала (одновременной работы двух управляемых вентилей однофазного моста и одновременной проводимости двух смежных встречно-параллельных диодов). Основной интервал соответствует интервалу одновременной проводимости двух управляемых вентилей однофазного моста 3, 6 или 4, 5. Второй временной интервал целесообразно устанавливать малой длительности выбором параметров элементов 12, 14 и 13, 17, 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 полупериода Т/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. Снабберные конденсаторы 15, 16 заражены до половины напряжения на конденсаторе фильтра 11 (положительный потенциал на верхней по схеме обкладке снабберных конденсаторов 15, 16). Включение управляемых вентилей 3, 6 осуществляется с опережением относительно моментов перехода мгновенного значения напряжения на компенсирующем конденсаторе 13 относительно нулевого уровня (емкостная расстройка параллельного нагрузочного контура 13, 17) и мгновенного тока в диагонали переменного тока однофазного моста инвертора (индуктивная расстройка последовательного колебательного контура, образованного коммутирующими дросселями 12, 14 и эквивалентной емкостью параллельного нагрузочного контура 13, 17). Как видно включение вентилей 3, 6 производится при нулевом уровне напряжения на них в интервале проводимости смежных встречно-параллельных диодов 7, 10, что обуславливает минимальные электрические потери при включении. Мгновенный ток вентилей 3, 6 (4, 5) имеет квазисинусоидальную форму (режим согласованного инвертора). Ток через параллельный нагрузочный контур, образованный индукционным нагревателем 17 и компенсирующим конденсатором 13, при включении вентилей 3, 6 начинает протекать от конденсатора фильтра 11 автономного согласованного инвертора с резонансной коммутацией по цепи: 11-3-12-(13, 17)-14-6-11. 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, далее, колебательно перезаряжается до напряжения условно положительной полярности (положительный потенциал на левой по схеме обкладке). Параметры цепи: 11-3-12-(13, 17)-14-6-11 и углы 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, 14 и нескомпенсированной частью емкости компенсирующего конденсатора 13. Ток управляемых вентилей 3, 6 вначале возрастает, а затем спадает по квазиколебательному закону. В момент равенства тока управляемых вентилей 3, 6 некоторому минимальному уровню они выключаются. То есть, выключение управляемых вентилей 3, 6 также происходит с опережением на некоторый угол 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 уровень тока через них при выключении значительно ниже максимального уровня тока. В момент выключения управляемых вентилей 3, 6 заканчивается первый интервал полупериода Т/2 одновременной проводимости управляемых вентилей (3, 6) однофазного моста. После выключения управляемых вентилей 3, 6 во втором интервале (паузы) за счет электромагнитной энергии, накопленной в электромагнитном поле коммутирующих дросселей 13, 14, ток в диагонали переменного тока протекает в прежнем направлении и замыкается через встречно-параллельные диоды 8, 9 по цепи: 12-(13, 17)-14-9-11-8-12. Происходит сравнительно быстрый спад тока диодов 8, 9 до нуля. Таким образом, имеем режим резонансного переключения или коммутации вентилей. На втором интервале полупериода Т/2 когда включаются встречно-параллельные диоды 8, 9 ток дальнейшего разряда компенсирующего конденсатора 13 происходит по цепи: 13-14-9-11-8-12-13. Одновременно компенсирующий конденсатор 13 продолжает перезаряжаться через нагрузку 17 по цепи: 13-17-13. На интервале одновременной проводимости двух смежных встречно-параллельных диодов 8, 9 к включающимся на следующем полупериоде Т/2 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 второй интервал рассматриваемого полупериода Т/2. Далее включаются 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 Т/2 в работе автономного согласованного инвертора с резонансной коммутацией. Во втором полупериоде Т/2, при работе управляемых вентилей 4, 5 и встречно-параллельных диодов 7, 10, электромагнитные процессы в автономном согласованном инверторе с резонансной коммутацией протекают аналогично, но токи через параллельный нагрузочный контур (13, 17) с индукционным нагревателем 17 на временных интервалах второго полупериода Т/2 имеют противоположное направление. По окончании второго полупериода Т/2 снова включается управляемые вентили 3, 6. Далее электромагнитные процессы в инверторе (новый период Т выходного сигнала) полностью повторяются. Снабберные конденсаторы 15, 16 снижают уровень электромагнитных помех и перенапряжений на выводах постоянного тока однофазного моста инвертора. При их работе импульсное напряжение электромагнитных помех эффективно шунтируется на нулевой вывод корпуса устройства.The full cycle (period) T of the output signal of a self-contained matched inverter with 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 counter-parallel diodes 7-10. In each T / 2 half-cycle, in the general case, two different time intervals in the electromagnetic processes can be distinguished (simultaneous operation of two controlled valves of a single-phase bridge and 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. The second time interval should be set to a short duration by choosing the parameters of elements 12, 14 and 13, 17, 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 moment of switching on (the beginning of the half-period 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. Snabber capacitors 15, 16 are infected to half the voltage across the filter capacitor 11 (positive potential on the top according to the circuit diagram of the snubber capacitors 15, 16). The controlled valves 3, 6 are turned on ahead of the instants of the instantaneous voltage value across the compensating capacitor 13 relative to the zero level (capacitive detuning of the parallel load circuit 13, 17) and the instantaneous current in the diagonal of the alternating current single-phase bridge of the inverter (inductive detuning of the series oscillatory circuit formed switching chokes 12, 14 and the equivalent capacity of the parallel load circuit 13, 17). As you can see, the valves 3, 6 are turned on at a zero voltage level on them in the conductivity interval of adjacent counter-parallel diodes 7, 10, which leads to minimal electrical losses when turned on. The instantaneous current of valves 3, 6 (4, 5) has a quasi-sinusoidal shape (matched inverter mode). The current through the parallel load circuit formed by the induction heater 17 and the compensating capacitor 13, when the valves 3, 6 are turned on, starts flowing from the filter capacitor 11 of an autonomous matched inverter with resonant switching along the circuit: 11-3-12- (13, 17) -14- 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, further, oscillatory recharges to a voltage of conditionally positive polarity (positive potential on the left lining according to the scheme). Circuit parameters: 11-3-12- (13, 17) -14-6-11 and advance angles 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, 14 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 equal current control 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 a certain angle 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 current level through them when turned off is much lower than the maximum current level. At the moment of switching off the controlled valves 3, 6, the first interval of the half-period T / 2 of simultaneous conduction of the controlled valves (3, 6) of the single-phase bridge ends. After turning off the controlled valves 3, 6 in the second interval (pause) due to the electromagnetic energy accumulated in the electromagnetic field of the switching reactors 13, 14, the current in the diagonal of the alternating current flows in the same direction and closes through counter-parallel diodes 8, 9 through the circuit: 12- (13, 17) -14-9-11-8-12. A relatively rapid decrease in the current of diodes 8, 9 to zero occurs. Thus, we have a mode of resonant switching or switching valves. In the second interval of the T / 2 half-cycle, when counter-parallel diodes 8, 9 are turned on, the current of the further discharge of the compensating capacitor 13 occurs along the circuit: 13-14-9-11-8-12-13. At the same time, the compensating capacitor 13 continues to recharge through the load 17 along the circuit: 13-17-13. In the interval of simultaneous conductivity of two adjacent counter-parallel diodes 8, 9, a small reverse (negative) voltage equal to the voltage drop on the corresponding counter-parallel diode 8, 9 and controlled valves are applied to the controlled valves 4, 5 included in the next half-period T / 2 4, 5 can turn on at low switching losses. By the time the anti-parallel diodes 8, 9 are turned off, the second interval of the considered T / 2 half-cycle ends. Next, the controlled valves 4, 5 are turned on. The compensating capacitor 13 at a specified 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 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 resonant switching proceed similarly, but currents through a parallel load circuit (13, 17) with an induction heater 17 at time intervals of the second half-cycle T / 2 have the opposite direction. At the end of the second half-cycle T / 2, the controlled valves 3, 6 turn on again. Next, the electromagnetic processes in the inverter (new period T of the output signal) are completely repeated. Snubber capacitors 15, 16 reduce the level of electromagnetic interference and overvoltage at the DC terminals of a single-phase inverter bridge. During their operation, the pulse voltage of electromagnetic interference is effectively shunted to the zero output of the device case.

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 an autonomous matched inverter with quasi-resonant switching can be performed as single-operation symmetrical or without reverse blocking ability (thyristors of various types, reversibly-switched dinistors, gas-discharge valves) with artificial switching, or two-operation, that is, completely controlled by symmetric or asymmetric (lockable thyristors, transistors of various types, combination keys).

При использовании однооперационных вентилей необходим режим работы с емкостной расстройкой как параллельного нагрузочного, так и эквивалентного последовательного контура. В этом случае после естественного выключения очередной пары вентилей 3, 6 или 4, 5 включаются шунтирующие их встречно-параллельные диоды 7, 10 или 8, 9. Как видно, электромагнитные процессы в автономном согласованном инверторе, выполненном на однооперационных вентилях, несколько отличаются. В интервале проводимости встречно-параллельных диодов (7-10) к управляемым вентилям (3-6) прикладывается небольшое отрицательное напряжение, равное падению напряжения на встречно-параллельных диодах, и они восстанавливают свои управляющие свойства.When using single-operation valves, a mode of operation with capacitive detuning of both a parallel load and an equivalent series circuit is necessary. In this case, after the next pair of gates 3, 6 or 4, 5 is naturally turned off, counter-parallel diodes 7, 10 or 8, 9 are switched on by shunting them. As you can see, the electromagnetic processes in a stand-alone matched inverter made on single-operation gates are somewhat different. In the conduction interval of the anti-parallel diodes (7-10), a small negative voltage is applied to the controlled valves (3-6), equal to the voltage drop across the anti-parallel diodes, and they restore their control properties.

Автономный согласованный инвертор с резонансной коммутацией при использовании двухоперационных вентилей также может работать и в режиме с емкостной расстройкой как параллельного нагрузочного, так и эквивалентного последовательного контура. Электромагнитные процессы в автономном инверторе на двухоперационных вентилях в этом случае будут аналогичны электромагнитным процессам в инверторах, выполненных на однооперационных вентилях.A self-contained matched inverter with resonant switching using two-operation valves can also work in the capacitive detuning mode of both a parallel load and equivalent series circuit. Electromagnetic processes in a stand-alone inverter with two-stage valves in this case will be similar to electromagnetic processes in inverters made on single-stage valves.

В автономном согласованном инверторе с резонансной коммутацией возможна реализация двухчастотного (многочастотного) режима работы. В двухчастотном режиме периодическое переключение пар вентилей 3, 6 и 4, 5 производится на низкой выходной частоте. Нагрузочный параллельный колебательный контур (13, 17) настраивается на высокую выходную частоту. В каждом полупериоде Т/2 в двухчастотном режиме пары вентилей 3, 6 и 4, 5 включаются многократно и проводят ток в течение интервалов, близких к половине периода высокой выходной частоты. Двухчастотный режим работы требуется для некоторых технологических процессов, таких как индукционная поверхностная закалка или плавка сверхчистых металлов.In a self-contained matched inverter with resonant switching, it is possible to implement a dual-frequency (multi-frequency) operating mode. In the dual-frequency mode, the periodic switching of pairs of valves 3, 6 and 4, 5 is performed at a low output frequency. The load parallel oscillatory circuit (13, 17) is tuned to a high output frequency. In each half-cycle T / 2 in the dual-frequency mode, the pairs of gates 3, 6 and 4, 5 turn on repeatedly and conduct current for intervals close to half the period of the high output frequency. Two-frequency operation is required for some technological processes, such as induction surface hardening or melting of ultrapure metals.

По сравнению с прототипом существенно повышается надежность работы автономного согласованного инвертора с резонансной 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 и действия снабберных конденсаторов, обеспечением симметричного ограничения тока источника питания инвертора при аварийных замыканиях выходных выводов инвертора на корпус нагрузки за счет дросселей фильтра, электрических потерь в дросселях фильтра и коммутирующих дросселях. Повышается устойчивость и, следовательно, надежность работы автономного согласованного инвертора с резонансной коммутацией и уменьшается вероятность срывов инвертирования при работе на изменяющуюся в широких пределах электротехнологическую нагрузку (индукционный нагреватель, плазмохимическая или осветительная установка), а также сбоев в системе управления инвертора.Compared with the prototype, the reliability of the autonomous coordinated inverter with 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 “soft” switching of controlled gates and counter-parallel diodes and deys tv snubber capacitors, providing a symmetric limitation of the current of the inverter power source in the event of an emergency circuit of the inverter output terminals to the load housing due to filter chokes, electrical losses in the filter chokes and switching chokes. The stability and, therefore, the reliability of an autonomous matched inverter with resonant switching is increased and the likelihood of inversion failures when working on a widely varying electrotechnological load (induction heater, plasma-chemical or lighting installation), as well as failures in the inverter control system, are reduced.

Повышение надежности автономного согласованного резонансного инвертора оценивается по времени наработки устройства на отказ. Согласно экспериментальных исследований и экспертных оценок время наработки на отказ заявляемого инвертора может быть увеличено на 50÷60%.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 50 ÷ 60%.

По сравнению с прототипом, дополнительно, повышается коэффициент полезного действия (на 4-5%) автономного согласованного инвертора с резонансной коммутацией 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) и электрических потерь в дросселях фильтра и коммутирующих дросселях.Compared with the prototype, in addition, the efficiency is increased (by 4-5%) of an autonomous matched inverter with resonant switching due to a decrease in switching energy losses in controlled valves and counter-parallel diodes (lowering levels of switching overvoltages, initial slew rates and slope rates current when turning on and off controlled gates and counter-parallel diodes, recovering part of the energy of the overvoltage in the load, effective compensation of reactivity load) and electrical losses in filter chokes and commutating chokes.

Дополнительно (по сравнению с прототипом) может быть существенно упрощена конструкция энергетической (силовой) части автономного согласованного инвертора с резонансной 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 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.

Дополнительно (по сравнению с прототипом) могут быть снижены весогабаритные показатели (до 30%) автономного инвертора за счет выполнения дросселей фильтра и коммутирующих дросселей с магнитной связью и общего снижения электрических потерь.Additionally (compared with the prototype) can be reduced weight and size (up to 30%) of the autonomous inverter due to the implementation of filter chokes and commutating chokes with magnetic coupling and a general reduction in electrical losses.

Claims (1)

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, выходной вывод переменного тока однофазного моста соединен с выходным выводом инвертора через коммутирующий дроссель, выходные выводы инвертора зашунтированы компенсирующим конденсатором, отличающийся тем, что дроссели фильтра выполнены магнитосвязанными и включены согласно, второй выходной вывод переменного тока однофазного моста соединен с вторым выходным выводом инвертора через второй коммутирующий дроссель, коммутирующие дроссели выполнены магнитосвязанными и включены согласно, однофазный мост зашунтирован последовательной цепью из двух снабберных конденсаторов, общая точка соединения которых подключена к нулевому выводу корпуса устройства.
Figure 00000001
A self-contained matched inverter with resonant switching, containing a single-phase bridge connected to the input terminals of the inverter through filter inductors on controlled valves with on-parallel diodes, a filter capacitor shunted, 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 filter chokes are made magnetically coupled and included according to the second yhodnoy output single-phase alternating current bridge is connected to the second output terminal of the inverter via the second commutating reactor, commutating reactors made magnitosvjazannymi and included under a single-phase bridge bypassed series circuit of the two snubber capacitors whose common connection point is connected to the zero output device housing.
Figure 00000001
RU2009132872/22U 2009-08-31 2009-08-31 AUTONOMOUS AGREED INVERTER WITH RESONANT COMMUTATION RU90275U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009132872/22U RU90275U1 (en) 2009-08-31 2009-08-31 AUTONOMOUS AGREED INVERTER WITH RESONANT COMMUTATION

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009132872/22U RU90275U1 (en) 2009-08-31 2009-08-31 AUTONOMOUS AGREED INVERTER WITH RESONANT COMMUTATION

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU90275U1 true RU90275U1 (en) 2009-12-27

Family

ID=41643558

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009132872/22U RU90275U1 (en) 2009-08-31 2009-08-31 AUTONOMOUS AGREED INVERTER WITH RESONANT COMMUTATION

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU90275U1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU190313U1 (en) * 2019-04-04 2019-06-26 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" POWER SUPPLY
RU2774919C1 (en) * 2021-08-17 2022-06-24 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Dual-frequency current inverter (options)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU190313U1 (en) * 2019-04-04 2019-06-26 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" POWER SUPPLY
RU2774919C1 (en) * 2021-08-17 2022-06-24 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Dual-frequency current inverter (options)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8503199B1 (en) AC/DC power converter with active rectification and input current shaping
US10177648B2 (en) Circuit with low DC bias storage capacitors for high density power conversion
CN1808832A (en) Circuit apparatus applicable to middle and high power UPS
JP2015027169A (en) Isolated multilevel converter
JP2019169991A (en) Three-phase AC-DC converter
RU90275U1 (en) AUTONOMOUS AGREED INVERTER WITH RESONANT COMMUTATION
RU2341002C1 (en) Method of inverter control
RU61964U1 (en) AUTONOMOUS AGREED RESONANCE INVERTER
RU2453976C2 (en) Stand-alone harmonica inverter with quazi-resonance switching
RU104400U1 (en) AUTONOMOUS AGREED INVERTER WITH RESONANT COMMUTATION
RU2399145C1 (en) Converter of frequency with explicit dc link
RU2449459C1 (en) Stand-alone matched inverter with resonant commutation
RU2454782C1 (en) Frequency converter control method
RU2398346C1 (en) Autonomous matched inverter with quasi-resonant commutation and method for control of autonomous matched inverter with quasi-resonant commutation
RU60810U1 (en) AGREED RESONANT FREQUENCY CONVERTER WITH INDIVIDUALLY EXPRESSED DC LINK
RU89306U1 (en) AUTONOMOUS AGREED INVERTER WITH QUASI-RESONANCE COMMUTATION
RU68813U1 (en) AUTONOMOUS AGREED INVERTER WITH RESONANT COMMUTATION
RU68808U1 (en) AUTONOMOUS AGREED INVERTER WITH RESONANT COMMUTATION
RU68806U1 (en) AGREED FREQUENCY CONVERTER WITH INDIRECTLY EXPRESSED DC LINK AND RESONANT COMMUNICATION
RU68812U1 (en) AUTONOMOUS AGREED INVERTER WITH RESONANT COMMUTATION
RU2215361C1 (en) Bridge inverter
RU60284U1 (en) AGREED RESONANT FREQUENCY CONVERTER WITH INDIVIDUALLY EXPRESSED DC LINK
RU68809U1 (en) AUTONOMOUS AGREED INVERTER WITH RESONANT COMMUTATION
RU2394347C1 (en) Thyristor frequency converter
RU67794U1 (en) FREQUENCY CONVERTER

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20100901