SE462884B - Vaexelriktarkoppling foer induktionsuppvaermning - Google Patents

Description

»462dàs4' - 2 10 15 20 25 30 35 fig. l visar en växelriktarkoppling enligt föreliggande uppfinning, fig. 2 visar ström- och spänningskurvor för växelriktar- , kopplingen enligt fig. l, fig. 3 visar en alternativ växelriktarkoppling enligt före- liggande uppfinning, fig. 4 visar ström- och spänningskurvor för växelriktar- kopplingen enligt fig. 3, och fig. 5 visar en växelriktarkoppling enligt föreliggande uppfinning med direkt återkoppling från lastkretsen till venti- lerna.

I fig. 1 visas ett principiellt kopplingsschema för föreliggande uppfinning, varvid endast de för uppfinningen väsentliga delarna av kopplingen medtagits i denna likspm i övriga figurer för att underlätta förståelsen av uppfinningen och göra figurerna mer överskådliga. Givetvis kan transformator, kablage och strömske- nor ingå i kopplingen.

Växelriktaren matas från en likströmskälla l via en induktor 2 så att matningen sker strömstyvt. I kopplingen ingår också en parallellresonant lastkrets 3, en andra induktor 4 med mittuttag och två ventiler 5,6. Dessa delar bildar tillsammans en ström- styvt matad push-pullomriktare, normalt tillkommer dock styrdon för styrning av ventilerna. Allt detta är känd teknik.

Kopplingen enligt föreliggande uppfinning använder däremot en återkoppling från lastkrets till ventilerna utan användning av några aktiva kretsar eller någon form av faskompensering, vilket ï jämfört med normala styrdon eliminerar ett stort antal komponen- ter. Återkopplingen styr därmed ventilerna i fas med lastkretsens växelspänning varför fasskillnader mellan denna spänning och 10 15 20 25 30 35 3 ' ' i 462 884 ventilernas till- och frànslag i huvudsak beror pà ventilerna.

Ventilerna skall vara sä anordnade att frànslagets fördröjning är längre än tillslagets (i praktiken är detta alltid fallet).

Kopplingen enligt uppfinningen kommer dä att uppvisa kommute- ringar såsom beskrives nedan.

I fig. 2 visas spänningskurvor och strömkurvor för de tva i kopplingen ingående ventilerna 5,6. Den tändande ventilen tänder efter växelspänningens nollgenomgàng, vilket medför att den dä har negativ spänning över sig och därför kan ej nàgon ström gà genom ventilen trots att den tänds. När den släckande ventilen därefter släcker, ökar spänningen över båda ventilerna tills den när sådan potential att spänningen över den tändande ventilen blir positiv. När detta inträffar kommuterar strömmen frän släc- kande ventil till tändande.

Kommuteringen sker alltså utan att den släckande ventilens se- riediod tvingas fràn ledande till blockerande tillstànd och hä- rigenom elimineras de strömspikar och förluster som förorsakas av diodens återhämtning.

Detta arbetssätt, dvs kommutering efter växelspänningens nollge- nomgäng för en strömstyvt matad omriktare, vilket blir konsek- vensen av styrsättet, ger därigenom vid god dimensionering lägre kopplingsförluster än det vanliga arbetssättet. Denna princip har tills helt nyligen helt förbisetts, vilket torde vara för- klaringen till att man i dag utnyttjar en komplicerad styrning med ett stort antal olika komponenter, vilka enligt uppfinningen kan ersättas med ett fàtal, icke aktiva komponenter.

I fig. 3 visas en vidareutveckling av kopplingen enligt uppfin- ningen och i fig. 4 visas ström- resp. spänningskurvorna för kopplingen i fig. 3. Kommuteringsprincipen enligt föreliggande uppfinning medför att ventilerna 5, 6 obehindrat kan parallell- kopplas med kondensatorer 9, 10. Detta medför minskade kopp- lingsförluster utan att andra förluster uppstår, tack vare att dessa kondensatorer omladdas av lastkretsen. Värmeutvecklingen i kretsen blir sålunda ytterligare reducerad. a4eå-às4 - . 4 10 15 20 25 30 35 I fig. 5 visas en lösning av direkt återkoppling fràn lastkret- sen till transistorerna/ventilerna, lämplig att användas till- sammans med bipolartransistorer och släckbara tyristorer, sä kallade gto's.

Styrdonet innefattar endast en transformator ll och tvá dioder 12, 13. Dioderna är inte absolut nödvändiga men ger en bättre funktion. Detta styrdon tillåter endast en transistor i taget att vara ledande och tvingar den transistor som leder att ta hela strömmen (storleken pà strömmen är redan bestämd och hålls konstant via matningsinduktorn) och den andra transistorn att vara helt avstängd.

Kopplingen enligt föreliggande uppfinningen, som kan sägas vara en självoscillerande växelriktare, kommer att uppvisa mánga lik- heter med kända oscillatorkopplingar, men de väsentliga skill- naderna jämfört med dessa bestär i att denna föreliggande växel- riktare är sä anordnad att den arbetar i switch:mode med kommu- tering efter nollgenomgäng med fyrkantformad ström genom venti- lerna och att ventilerna alltid innehåller en seriediod 7, 8.

De ovan beskrivna principerna kan användas pà sàväl push-pull- omriktare som omriktare med helbrygga.

Uppfinningen belyses nedan med ett utföringsexempel i form av ett genomfört försök.

Exempel En omriktare pà ca 700 W uteffekt innefattande kopplingen enligt uppfinningen enligt fig. 5 konstruerades och prövades. Den an- vända frekvensen var 300 kHz och maximal spänning över transis- torerna var 574 V.

Styrningen av transistorerna var väl definierad förutom under ca 40 nanosekunder eller ca 1,1 % av periodtiden vid varje kommu- tering, detta att jämföra med de 130 - 250 nanosekunder, som ef» 10 5 462 .8._.4 hela kommuteringsförloppet tar. Omriktarens verkningsgrad var ca 93 % och kopplingsförlusterna uppgick till ca 2,4 %, Som jämförelse kan nämnas att för en konventionell omriktare, dvs. en omriktare med kommmutering före nollgenomgàng, vid 300 kHz och baserat pá en teoretisk beräkning med användande av data frän datablad pà komponenter av bästa prestanda kan man möjligen teoretiskt komma ned till drygt 4 % kopplingsförluster. Sålunda överträffar man med omriktaren enligt uppfinning praktiskt det teoretiskt optimala värdet för en konventionell omriktare, för vilken man dock i praktiken räknar med åtminstone 10 % kopp- lingsförluster.

Claims (6)

10 15 20 25 30 fèeá Bs4i. 1 ß ß P a t e n t k r a v

1. Växelriktarkoppling med släckbara ventiler avsedd för in- duktionsuppvärmning med en likspänningssida och en växelströms- sida, vars likspänningssida via reaktor är förbunden med en mat- ningslikspänningssida och vars växelspänningssida är förbunden med en parallell resonanskrets, där ventilerna (5,6) innefattar en seriediod (7,8), k ä n n e t e c k n a d a v att ventiler- na (5,6) är anordnade styrda genom direkt återkoppling av ut- gàngsspänningen, varigenom växelriktaren blir självsvängande samtidigt som den arbetar i switch-mode med kommutering av ström mellan ventilerna efter växelspänningens nollgenomgàng.

2. Växelriktarkoppling enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d att áterkopplingen sker via en transformator (11).

3. Växelriktarkoppling enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d a v att áterkopplingen via transformator också innefattar en seriediod (l2,l3) för varje ventil (5,6).

4. Växelriktarkoppling enligt krav 1 - 3 , k ä n n e t e c k - n a d a v att ventilerna (5,6) är parallellkopplade med kon- densatorer (9,10).

5. Växelriktarkoppling enligt krav 1 - 4, k ä n n e t e c k - n a d a v att ventilerna är fyra till antalet och anordnade i bryggkoppling.

6. Växelriktarkoppling enligt krav 1 - 5, k ä n n e t e c k - n a d a v att ventilerna utgöres av transistorer av bipolär, igbt, mosfet eller sit-typ eller av släckbara tyristorer eller kombinationer av dessa, vilka i samtliga fall är seriekopplade wo, med en diod.