Преобразователь переменного тока для питания индуктора

 

Использование: источник питания для электротехнологических установок. Сущность изобретения: устройство содержит полумостовой резонансный инвертор с блоком управления и входным емкостным фильтром, выполненный на транзисторах с встречными диодами и конденсаторах, в диагонали переменного тока которого включен индуктор, датчик тока, датчик напряжения. Блок управления содержит нуль-органа, два триггера, две ключевые схемы, два выходных каскада, элемент задержки. Повышение надежности обусловлено снижением коммутационных потерь в транзисторах и диодах инвертора за счет режима коммутации при нулевом токе и напряжении. 1 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника питания для электротехнологических установок.

Известен преобразователь переменного тока для питания [1], содержащий полумостовой резонансный инвертор с блоком управления и входным емкостным фильтром, выполненный на транзисторах с встречными диодами и конденсаторах, в диагональ переменного тока которого включен индуктор, мостовой однофазный выпрямитель на диодах, вход которого подключен к выходу генератора переменного напряжения, а выводы - к фильтру инвертора, входы блока управления соединены с общей точкой соединения конденсаторов инвертора, общей точкой соединения транзисторов и коллектором одного из транзисторов, а выходы - с базами транзисторов.

Недостатком преобразователя является низкая надежность его работы из-за высоких коммутационных потерь в транзисторах и диодах.

Известен преобразователь переменного тока для питания индуктора [2], содержащий полумостовой резонансный инвертор с блоком управления, выполненный на тиристорах со встречными диодами и конденсаторах, в диагонали переменного тока которого включена последовательная цепь, состоящая из индуктора и первого коммутирующего конденсатора, зашунтированная вторым коммутирующим конденсатором, мостовой однофазный выпрямитель на диодах, вход которого подключен к выходу генератора переменного напряжения, а выводы - к входным выводам инвертора, входы блока управления соединены с общей точкой соединения конденсаторов, общей точкой соединения тиристоров и входом выпрямителя, а выходы - с управляющими электродами тиристоров.

Недостатком преобразователя является низкая надежность его работы из-за высоких коммутационных потерь в тиристорах и диодах.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является преобразователь переменного тока для питания индуктора [3], который рассматривается в качестве прототипа.

Прототип содержит полумостовой резонансный инвертор с блоком управления и входным емкостным фильтром, выполненный на транзисторах с встречными диодами и конденсаторах, в диагонали переменного тока которого включен индуктор, мостовой однофазный выпрямитель на диодах, вход которого подключен к выходу генератора переменного напряжения, а выводы - к фильтру инвертора, входы блока управления соединены с положительным выводом выпрямителя и общей точкой соединения транзисторов, а выходы - с базами транзисторов.

Недостатком прототипа является низкая надежность его работы из-за высоких коммутационных потерь в транзисторах и диодах.

Цель изобретения - повышение надежности работы преобразователя переменного тока для питания индуктора.

Цель достигается тем, что преобразователь переменного тока для питания индуктора, содержащий полумостовой резонансный инвертор с блоком управления и входным емкостным фильтром, выполненный на транзисторах с встречными диодами и конденсаторах, в диагонали переменного тока которого включен индуктор, мостовой однофазный выпрямитель на диодах, вход которого подключен к выходу генератора переменного напряжения, а выводы - к фильтру инвертора, первый и второй выходы блока управления соединены с базами транзисторов, снабжен датчиком тока индуктора, датчиком напряжения на индукторе, блок управления выполнен содержащим первый нуль-орган, первый триггер, первую ключевую схему и первый выходной каскад, соединенные последовательно, вторую ключевую схему, первый вход которой соединен с вторым выходом первого триггера, второй выходной каскад, вход которого соединен с выходом второй ключевой схемы, второй нуль-орган, второй триггер, соединенные последовательно, выход второго триггера соединен с вторыми входами ключевых схем, элемент задержки, вход которого соединен с выходом первого нуль-органа, а выход - с вторым входом второго триггера, вход первого нуль-органа соединен с выходом датчика тока индуктора, вход второго нуль-органа - с выходом датчика напряжения на индукторе, выход первого выходного каскада - с первым выходом блока управления, выход второго выходного каскада - с вторым выходом блока управления.

Докажем существенность отличительных признаков заявляемого преобразователя переменного тока для питания индуктора. Существенным отличием преобразователя переменного тока для питания индуктора является высокая надежность его работы. Повышение надежности обусловлено снижением коммутационных потерь в тиристорах и диодах инвертора преобразователя за счет обеспечения режима коммутации при нулевом токе и напряжении. Повышение надежности работы является новым качеством преобразователя. Новое качество обусловлено новыми элементами, связями, реализацией блока управления, т.е. отличительными признаками. В силу этого отличительные признаки заявляемого преобразователя для питания индуктора являются существенными.

На чертеже приведена схема преобразователя переменного тока для питания индуктора.

Преобразователь переменного тока для питания индуктора содержит полумостовой резонансный инвертор с блоком управления и входным емкостным фильтром 1, выполненный на транзисторах 2, 3 с встречными диодами 4, 5 и конденсаторах 6, 7, в диагонали переменного тока которого включен индуктор 8, мостовой однофазный выпрямитель на диодах 9-12, вход которого подключен к выходу генератора 13 переменного напряжения, а выводы - к фильтру инвертора, датчик 14 тока индуктора, датчик 15 напряжения на индукторе. Блок управления инвертора содержит первый нуль-орган 16, первый триггер 17, первую ключевую схему 18 и первый выходной каскад 19, соединенные последовательно, вторую ключевую схему 20, первый вход которого соединен с вторым выходом первого триггера, второй выходной каскад 21, вход которого соединен с выходом второй ключевой схемы, второй нуль-орган 22, второй триггер 23, соединенные последовательно, выход второго триггера соединен с вторыми входами ключевых схем, элемент 24 задержки, вход которого соединен с выходом первого нуль-органа, а выход - с вторым входом второго триггера. Вход первого нуль-органа соединен с выходом датчика тока индуктора. Вход второго нуль-органа соединен с выходом датчика напряжения на индукторе. Выход первого выходного каскада соединен с первым выходом блока управления. Выход второго выходного каскада соединен с вторым выходом блока управления. Выходы блока управления соединены с базами транзисторов.

Преобразователь переменного тока для питания индуктора работает следующим образом. Переменное напряжение с выхода генератора 13 преобразуется выпрямителем в знакопостоянное, имеющее пульсацию удвоенной частоты переменного напряжения. Выходное напряжение выпрямителя фильтруется емкостным фильтром 1 и поступает на вход инвертора. Транзисторы 2, 3 инвертора включаются поочередно. При включении очередного транзистора через индуктор 8 протекает полуволна тока разряда конденсаторов 6, 7. Отпирание транзистора происходит в момент равенства тока индуктора 8 нулю по сигналу датчика 14 тока. При этом первый нуль-орган 16 формирует импульс, переводящий первый триггер 17 в очередное состояние и, спустя интервал задержки, формируемой элементом 24, второй триггер 23 в состояние, разрешающее подачу сигнала управления на очередной транзистор 2, 3. Сигнал разрешения с выхода второго триггера 23 поступает на вторые входы ключевых схем 18, 20. Выходные каскады 19, 21 обеспечивают усиление сигналов управления транзисторами 2, 3 до требуемой амплитуды. Перевод второго триггера 23 в состояние, запрещающее подачу сигнала управления на транзисторы 2, 3 происходит по сигналу датчика напряжения на индукторе 15. При этом в момент равенства напряжения на индукторе 8 нулю второй нуль-орган 22 формирует импульс, переводящий второй триггер 23 в состояние запрета. Первый триггер 17 работает в счетном режиме, второй триггер 22 - в режиме установки. Выключение транзисторов 2, 3 производится в момент равенства нулю напряжения на индукторе 8. При этом ток индуктора 8 при выключении транзистора замыкается по цепям, включающим диоды 4, 5 (цепи: 8-7-5-8, 8-4-6-8). Включение элемента 24 задержки обеспечивает устойчивый запуск преобразователя. При этом сигнал, обеспечивающий перевод второго триггера 23 в состояние разрешения и поступающий с выхода элемента 24 задержки, формируется после сигнала на перевод второго триггера 23 в состояние запрета, формируемого вторым нуль-органом 22.

Датчик 14 тока может быть выполнен в виде трансформатора тока, а датчик 15 напряжения - в виде трансформатора напряжения.

По сравнению с прототипом заявляемый преобразователь переменного тока для питания индуктора имеет более высокую надежность работы. Повышение надежности оценивается по времени наработки на отказ. Время наработки на отказ заявляемого преобразователя ориентировочно составляет 2000 ч, что в 1,3-1,4 раза выше прототипа. Повышение надежности обусловлено снижением коммутационных потерь в транзисторах и диодах, что уменьшает вероятность их вторичного пробоя. Включение транзисторов в заявляемом преобразователе происходит при нулевом токе и нулевом напряжении, а выключение - при нулевом напряжении.

Формула изобретения

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ДЛЯ ПИТАНИЯ ИНДУКТОРА, содержащий полумостовой резонансный инвертор с блоком управления и входным емкостным фильтром, выполненным на двух транзисторах с соответствующими встречными диодами и на двух конденсаторах, в диагонали переменного тока которого включен индуктор, мостовой однофазный выпрямитель на диодах, вход которого подключен к выходу генератора переменного напряжения, а выход - к входному емкостному фильтру, первый и второй выходы блока управления соединены с базами транзисторов, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, он снабжен датчиком тока индуктора, датчиком напряжения индуктора, блок управления содержит первый нуль-орган, первый триггер, первую ключевую схему и первый выходной каскад, соединенные последовательно, вторую ключевую схему, первый вход которой соединен с вторым выходом первого триггера, второй выходной каскад, вход которого соединен с выходом второй ключевой схемы, второй нуль-орган, второй триггер, соединенные последовательно, выход второго триггера соединен с вторыми входами ключевых схем, элемент задержки, вход которого соединен с выходом первого нуль-органа, а выход - с вторым входом второго триггера, вход первого нуль-органа соединен с выходом датчика тока индуктора, вход второго нуль-органа - с выходом датчика напряжения на индукторе, выход первого выходного каскада - с первым выходом блока управления, выход второго выходного каскада - с вторым выходом блока управления.

РИСУНКИ

Рисунок 1