Автономный инвертор со стабилизированным выходным напряжением

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в устройствах индукционного нагрева металлов. Техническим результатом является улучшение технико-экономических показателей за счет уменьшения числа элементов; повышение надежности инвертора со стабилизированным выходным напряжением за счет устранения влияния индуктивности измерительного трансформатора на работу инвертора. В автономный инвертор со стабилизированным выходным напряжением, состоящий из резонансного мостового тиристорного инвертора и нагрузки, включенной в цепь фильтрового конденсатора, в отличие от прототипа во входной дроссель введена измерительная катушка, индуктивно связанная с дросселем, последовательно соединенным с резонансным мостовым тиристорным инвертором, параллельно которому подключена цепь, состоящая из фильтрового конденсатора и нагрузки, при этом измерительная катушка соединена с выпрямителем, который подключен к входу блока управления, выход которого подключен к управляющим электродам тиристоров. 1 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в устройствах индукционного нагрева металлов.

Известен мостовой инвертор (а.с. СССР 954991, МКИ Н 02 М 7/538, опубл. 1981). Устройство содержит четыре основных транзистора, каждый из которых шунтирован встречно включенным основным диодом, конденсатор, включенный последовательно в выходную цепь инвертора, и блок управления. С целью повышения скорости реверса направления тока в цепи нагрузки индуктивного характера, конденсатор зашунтирован двумя введенными цепочками, состоящими из согласно последовательно соединенных дополнительного транзистора и дополнительного диода и включенными встречно параллельно между собой, причем цепи управления дополнительных транзисторов подключены к выходам блока управления, выполненного обеспечивающим одновременное включение синфазно работающих основных транзисторов и соответствующего дополнительного транзистора.

Недостатком данного устройства является наличие управляемого выпрямительного моста, что увеличивает массогабаритные и стоимостные показатели.

Также известен инвертор (а. с. СССР 1145434, МКИ Н 02 М 7/515, опубл. 1983). Изобретение может быть использовано в высокочастотных установках для технологических процессов, требующих выходной характеристики, реализующей режимы работы от источника идеального напряжения до источника напряжения с круто падающей характеристикой. С целью расширения функциональных возможностей инвертор снабжен диодным выпрямительным мостом и пороговым элементом, а защитный дроссель выполнен двухобмоточным регулируемым, причем его обмотка управления через пороговый элемент включена в диагональ постоянного тока диодного выпрямительного моста, подключенного диагональю переменного тока к компенсирующему конденсатору.

Недостатком данного устройства являются повышенные массогабаритные показатели из-за наличия в схеме большого количества элементов.

Наиболее близким по технической сущности к достигаемому эффекту является устройство автоматической стабилизации напряжения (патент Франции 2651621, МКИ H 02 M 7/538, Н 02 В 6/66, опубл. 1991). Устройство содержит фильтровый конденсатор, транзисторный инвертор и систему управления транзисторами. Схема содержит также трансформатор, вторичная обмотка которого формирует напряжение 220 В, 50 Гц, а его первичные обмотки подключены с периодическим изменением полярности к зажимам генератора постоянного напряжения с помощью двух статических переключателей, подключенных по двухполупериодной схеме, а их управляющие электроды подключены к цепи управления. Переключатели выполнены типа MOSFET, а цепь управления подает на управляющие электроды сигналы, длительность тока которых меньше полупериода выходного сигнала, и регулируется для поддержания эффективного напряжения на вторичной обмотке, равного переменному напряжению.

Недостатками данного устройства являются: повышенные массогабаритные показатели (наличие измерительного трансформатора); влияние индуктивности измерительного трансформатора на работу инвертора в разных режимах.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является улучшение технико-экономических показателей за счет уменьшения числа элементов, повышение надежности инвертора со стабилизированным выходным напряжением за счет устранения влияния индуктивности измерительного трансформатора на работу инвертора.

Поставленная задача достигается тем, что в автономный инвертор со стабилизированным выходным напряжением, состоящий из резонансного мостового тиристорного инвертора и нагрузки, включенной в цепь фильтрового конденсатора, в отличие от прототипа, во входной дроссель введена измерительная катушка, индуктивно связанная с дросселем, последовательно соединенным с резонансным мостовым тиристорным инвертором, параллельно которому подключена цепь, состоящая из фильтрового конденсатора и нагрузки, при этом измерительная катушка соединена с выпрямителем, который в свою очередь подключен к входу блока управления, выход который подключен к управляющим электродам тиристоров.

Сущность устройства поясняется чертежом. На чертеже изображена схема устройства.

Автономный инвертор содержит мостовую вентильную ячейку 1 с коммутирующим дросселем 2 и конденсатором 3 в диагонали переменного тока. Диагональ постоянного тока подключена к входным выводам через дроссель 4 и последовательную цепочку, состоящую из фильтрового конденсатора 5 и нагрузки 6. Дроссель 4 индуктивно связан с датчиком напряжения 7, который подключен к выпрямителю 8, который в свою очередь соединен с блоком управления 9. Ячейка 1 состоит из первого тиристора - 10, второго тиристора - 11, третьего тиристора - 12, четвертого тиристора - 13 и обратных диодов: первого - 14, второго - 15, третьего - 16, четвертого - 17. Выход блока управления подключен к управляющим электродам тиристоров 10-13.

Автономный инвертор со стабилизированным выходным напряжением работает следующим образом. Фильтровой конденсатор С5 заряжается через дроссель 4 и нагрузку 6 до напряжения U источника питания. Пусть коммутирующий конденсатор С3 имеет полярность напряжения, указанную на чертеже. При подаче управляющих импульсов на тиристоры 10 и 13 они начинают пропускать ток.

Перезарядка коммутирующего конденсатора идет по цепи: коммутирующий конденсатор 3, катушка 2, тиристор 13, нагрузка 6, фильтровой конденсатор 5, тиристор 10, конденсатор 3. Ток нагрузки 6 увеличивается от 0 до максимальной величины, а затем уменьшается.

Параметры инвертора рассчитаны так, что процесс перезаряда имеет колебательный характер. Поэтому при достижении значения напряжения на коммутирующем конденсаторе 3 величины, большей Ud, ток тиристоров пройдет через ноль и они выключатся. Таким образом формируется положительная полуволна тока нагрузки. После этого начинают работать обратные диоды 14, 17, и ток течет по цепи: коммутирующий конденсатор 3, диод 14, фильтровой конденсатор 5, нагрузка 6, диод 17, катушка 2, конденсатор 3. Как только напряжение на коммутирующем конденсаторе станет ниже напряжения источника питания и переменный ток диодов 14 и 17 пройдет через ноль, они выключатся. В течение промежутка времени, когда ток проводили диоды 14, 17, к тиристорам 10, 13 было приложено отрицательное напряжение и они восстанавливали свои проводящие свойства. При подаче импульсов управления на тиристоры 11, 12 также происходит перезарядка коммутирующего конденсатора 3 с формированием положительной полуволны тока нагрузки. При их выключении начинают работать диоды 15, 16 и формируется отрицательная полуволна тока нагрузки.

Таким образом, в течение одного цикла работы всех тиристоров и диодов получаем в нагрузке два полных периода синусоидального тока (напряжения).

Параметры инвертора подобраны таким образом, чтобы выключение проводящих вентилей происходило раньше, чем включение очередных (Тиристорный преобразователь повышенной частоты для электротехнологий / Беркович Б.И., Ивенский И. Е., Иоффе Ю.С, и др. - Л.: Энергоатомиздат 1983, с.30,31). Считая напряжение Ud постоянным и емкость фильтрового конденсатора 5 много больше емкости коммутирующего конденсатора 3, получим, что напряжение на конденсаторе постоянно и равно Ud. Таким образом, все переменное напряжение нагрузки приложено к дросселю 4. Измерительная катушка 7 выполнена на одном магнитопроводе с дросселем 4 и имеет коэффициент связи близкий к единице. Благодаря этому переменное напряжение, индуцированное в ней, пропорционально переменному напряжению нагрузки и является датчиком напряжения Uн. Это напряжение подается через выпрямитель 8 на вход блока напряжения 9, а выход этого блока подается на блок управления тиристоров (Разработка и проектирование тиристорных источников питания / Белкин А.К., Горбатков С.К., Гусев Ю.М. и др. - М.: Энергоатомиздат, 1994, с.102-104). Изменение напряжения нагрузки приводит к изменению частоты переключения тиристоров, что и обеспечивает его стабилизацию.

Итак, заявленное изобретение позволяет значительно улучшить массогабаритные показатели и повысить надежность за счет того, что из схемы исключен измерительный трансформатор.

Формула изобретения

Автономный инвертор со стабилизированным выходным напряжением, состоящий из резонансного мостового тиристорного инвертора и нагрузки, включенной в цепь фильтрового конденсатора, и входного дросселя, отличающийся тем, что во входной дроссель введена измерительная катушка, индуктивно связанная с входным дросселем, последовательно соединенным с диагональю постоянного тока резонансного мостового тиристорного инвертора, параллельно которой подключена последовательная цепь, состоящая из фильтрового конденсатора и нагрузки, при этом измерительная катушка через выпрямитель подключена к входу блока управления, выход которого подключен к управляющим электродам тиристоров.

РИСУНКИ

Рисунок 1