Инвертор тока

 

Изобретение относится к преобразовательной технике, может быть использовано в качестве источника питания для индукционного нагревателя и обеспечивает повышение надежности работы инвертора тока. Инвертор тока содержит однофазный мост на транзисторах, зашунтированных встречными диодами, с конденсатором, шунтирующим выходные выводы инвертора тока, коллекторная группа однофазного моста подключена к положительному входному выводу инвертора тока через дроссель фильтра, а выводы переменного тока однофазного моста подключены к выходным выходам инвертора тока через коммутирующие дроссели, эмиттерная группа однофазного моста подключена к отрицательному входному выводу инвертора тока через второй дроссель фильтра, последовательную цепь из датчика напряжения на выходных выходах инвертора тока, нуль-органа, суммирующего счетчика, вычитающего счетчика, формирователя импульса, триггера, выходного каскада, выходы которого соединены с управляющими электродами транзисторов диагонали однофазного моста, второй выходной каскад, первый вход которого соединен с вторым выходом триггера, а выходы соединены с управляющими электродами транзисторов второй диагонали моста, второй триггер, выход которого соединен с вторыми входами выходного каскада, первый вход соединен с выходом нуль-органа, а второй вход соединен с выходом формирователя импульса, задающий генератор, выход которого соединен со счетным входом суммирующего счетчика, второй задающий генератор, выход которого соединен со счетным входом вычитающего счетчика, вход записи соединен с выходом нуль-органа. Технический результат - повышение надежности. 1 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника питания для индукционного нагревателя.

Известен инвертор тока, содержащий однофазный мост на транзисторах с включенными последовательно диодами и конденсатором, шунтирующим выходные выводы инвертора тока, коллекторная группа однофазного моста на транзисторах подключена к положительному входному выводу инвертора тока через дроссель фильтра, а эмиттерная группа однофазного моста на транзисторах подключена к отрицательному входному выводу инвертора тока (Ruzsamyi Т., Baesanyi С. Transistorweсhelrichter fur Indukiwe Erwarmung//Period. polytechn. Mech. engineering:. -1986. -N1. -S. 99-122).

Недостатком инвертора тока является низкая надежность работы из-за высоких значений коммутационных потерь в транзисторах и диодах.

Известен инвертор тока, содержащий однофазный мост на транзисторах с конденсатором, шунтирующим выходные выводы инвертора тока, коллекторная группа однофазного моста на транзисторах подключена к положительному входному выводу инвертора тока через дроссель фильтра, эммитерная группа однофазного моста на транзисторах подключена к отрицательному входному выводу инвертора тока (П. 2155433 Россия, МКИ Н 02 М 5/ 451. Преобразователь частоты/Силкин Е. М. - Заявл. 13.04.99, Опубл. 27.08.00. -Бюл. 24).

Недостатком инвертора тока является низкая надежность работы из-за высоких значений коммутационных потерь в транзисторах.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является инвертор тока (Глазенко Т.А., Сеньков В.И. Схемотехнические и конструктивные методы обеспечения электромагнитной совместимости транзисторных преобразователей постоянного напряжения//Электричество. -1989. - 2. -С. 37-43), который и рассматривается в качестве прототипа.

Прототип содержит однофазный мост на транзисторах, зашунтированных встречными диодами, с конденсатором, шунтирующим выходные выводы инвертора тока, коллекторная группа однофазного моста на транзисторах подключена к положительному входному выводу инвертора тока через дроссель фильтра, а выводы переменного тока однофазного моста на транзисторах подключены к выходным выводам инвертора тока через коммутирующие дроссели, эмиттерная группа однофазного моста на транзисторах подключена к отрицательному входному выводу инвертора тока.

Недостатком прототипа является низкая надежность работы из-за высоких значений коммутационных потерь в транзисторах.

Изобретение направлено на решение задачи повышения надежности работы инвертора тока, что является целью изобретения.

Указанная цель достигается тем, что в инверторе тока, содержащем однофазный мост на транзисторах, зашунтированных встречными диодами, с конденсатором, шунтирующим выходные выводы инвертора тока, коллекторная группа однофазного моста на транзисторах подключена к положительному входному выводу инвертора тока через дроссель фильтра, а выводы переменного тока однофазного моста на транзисторах подключены к выходным выводам инвертора тока через коммутирующие дроссели, эмиттерная группа однофазного моста на транзисторах подключена к отрицательному входному выводу инвертора тока через второй дроссель фильтра, инвертор тока снабжен последовательной цепью из датчика напряжения на выходных выводах инвертора тока, нуль-органа, суммирующего счетчика, вычитающего счетчика, формирователя импульса, триггера, выходного каскада, выходы которого соединены с управляющими электродами транзисторов диагонали однофазного моста на транзисторах, вторым выходным каскадом, первый вход которого соединен с вторым выходом триггера, а выходы соединены с управляющими электродами транзисторов второй диагонали однофазного моста на транзисторах, вторым триггером, выход которого соединен с вторыми входами выходных каскадов, первый вход соединен с выходом нуль-органа, а второй вход соединен с выходом формирователя импульса, задающим генератором, выход которого соединен со счетным входом суммирующего счетчика, вторым задающим генератором, выход которого соединен со счетным входом вычитающего счетчика, вход записи вычитающего счетчика соединен с выходом нуль-органа.

Существенным отличием, характеризующим изобретение, является повышение надежности работы инвертора тока на индукционный нагреватель за счет снижения коммутационных потерь в транзисторах. Включение и выключение транзисторов осуществляется при практически нулевых значениях тока и напряжения, что позволяет расширить область их безопасной работы (ОБР).

Повышение надежности работы инвертора тока на индукционный нагреватель является полученным техническим результатом, обусловленным введением новых элементов и связей, т.е. отличительными признаками. Таким образом, отличительные признаки заявляемого инвертора тока являются существенными.

На чертеже приведена схема инвертора тока.

Инвертор тока содержит однофазный мост на транзисторах 1-4, зашунтированных встречными диодами, с конденсатором 5, шунтирующим выходные выводы 6 инвертора тока, коллекторная группа однофазного моста на транзисторах подключена к положительному входному выводу инвертора тока через дроссель фильтра 7, а выводы переменного тока однофазного моста на транзисторах подключены к выходным выводам инвертора тока через коммутирующие дроссели 8, 9, эмиттерная группа однофазного моста на транзисторах подключена к отрицательному входному выводу инвертора тока через второй дроссель фильтра 10, инвертор тока снабжен последовательной цепью из датчика напряжения 11 на выходных выводах инвертора тока, нуль-органа 12, суммирующего счетчика 13, вычитающего счетчика 1.4, формирователя импульса 15, триггера 16, выходного каскада 17, выходы которого соединены с управляющими электродами транзисторов диагонали однофазного моста на транзисторах, вторым выходным каскадом 18, первый вход которого соединен с вторым выходом триггера, а выходы соединены с управляющими электродами транзисторов второй диагонали однофазного моста на транзисторах, вторым триггером 19, выход которого соединен с вторыми входами выходных каскадов, первый вход соединен с выходом нуль-органа, а второй вход соединен с выходом формирователя импульса, задающим генератором 20, выход которого соединен со счетным входом суммирующего счетчика, вторым задающим генератором 21, выход которого соединен со счетным входом вычитающего счетчика, вход записи вычитающего счетчика соединен с выходом нуль-органа.

Инвертор тока работает следующим образом. Транзисторы диагоналей моста инвертора 1, 4 и 2, 3 включаются поочередно с частотой, определяемой собственной частотой параллельного контура, образованного индукционным нагревателем 6 и конденсатором 5. Указанный контур обладает высокой добротностью, в результате чего напряжение на индукционном нагревателе 6 и конденсаторе 5 имеет форму, близкую к синусоидальной. Суммирующий счетчик 13 осуществляет измерение интервала, равного половине периода напряжения на контуре (его код или содержимое при очередном включении транзисторов 1, 4 или 2, 3 соответствует указанному временному интервалу). Включение очередных транзисторов диагоналей 1, 4 или 2,3 производится с опережением относительно момента перехода напряжения на контуре через нуль. При работе транзисторов 1, 4 ток протекает по цепи: "+" - 7 - 1 - 8 - (5-6) - 9 - 4 - 10 - "-" - "+". При этом на контуре формируется условно положительная полуволна напряжения. В момент перехода напряжения на контуре через нулевое значение по сигналу датчика напряжения 11 нуль-орган 12 формирует короткий импульс, который разрешает запись содержимого суммирующего счетчика 13, имеющего n разрядов, в вычитающий счетчик 14. Одновременно суммирующий счетчик 13 обнуляется, триггер 19 переключается и на его выходе формируется нулевой сигнал. Далее суммирующий счетчик 13 осуществляет счет импульсов, поступающих от задающего генератора 20, и содержимое его возрастает, а содержимое вычитающего счетчика 14 в результате подсчета импульсов задающего генератора 21 уменьшается. Частота задающего генератора 20 выбирается меньшей частоты второго задающего генератора 21. Поэтому момент времени, когда содержимое вычитающего счетчика 14 становится равным нулевому значению, предшествует очередному моменту перехода напряжения на контуре через нулевое значение. В момент обнуления вычитающего счетчика 14 формирователь импульса 15 вырабатывает короткий импульс на переключение триггеров 16 и 19. На выходе триггера 19 формируется единичный сигнал, который обеспечивает одновременное включенное состояние всех транзисторов 1-4 инвертора. При этом ток в диагонали инвертора тока снижается от максимального (условно положительного) до нулевого значения, а затем изменяет знак. В интервале одновременной проводимости транзисторов 1-4 ток протекает по цепям: (5, 6) - 8 - 1 - 3 - 9 - (5, 6) и (5, 6) - 8 - 2 - 4 - 9 - (5, 6). Ток транзисторов 1, 4 уменьшается от максимального до нулевого значения, а ток транзисторов 2, 3 возрастает от нулевого до максимального значения, равного входному току инвертора тока. Напряжение на контуре при этом уменьшается до нулевого значения, и нуль-орган 12 формирует очередной сигнал. Триггер 19 вновь переключается, и происходит выключение транзисторов 1, 4. Так как по сигналу формирователя 15 ранее произошло переключение триггера 16, то во включенном состоянии остаются транзисторы 2, 3. Соотношение частот задающих генераторов 20, 21 выбирается таким, что момент перехода напряжения на контуре через нулевое значение соответствует моменту перехода тока транзисторов 1, 4 через нулевое значение и установлению максимального тока транзисторов 2, 3. При работе транзисторов 2, 3 ток протекает по цепи: "+" - 7 - 2 - 9 - (5, 6) - 8 - 2 - 10 - "-" - "+". На контуре формируется условно отрицательная полуволна напряжения. Электромагнитные процессы в устройстве протекают аналогично. Индуктивности дросселей фильтра 7, 10 выбираются из условия обеспечения полной сглаженности протекающего через них тока. Таким образом, включение и выключение транзисторов 1-4 осуществляется при нулевых значениях тока и напряжения. Коммутационные потери при этом отсутствуют.

По сравнению с прототипом существенно повышается надежность работы инвертора тока за счет снижения коммутационных потерь. При выполнении инверторов на равные мощности (при питании индукционного нагревателя) ОБР транзисторов в заявляемом инверторе тока может практически соответствовать предельной. Время наработки на отказ инвертора тока увеличивается в 2-3 раза.

По сравнению с прототипом увеличивается коэффициент полезного действия инвертора тока за счет уменьшения потерь в элементах схемы.

По сравнению с прототипом уменьшается стоимость элементов инвертора за счет возможности использования элементов (транзисторов, диодов и др.) на меньшие допустимые токи.

Формула изобретения

Инвертор тока, содержащий однофазный мост на транзисторах, зашунтированных встречными диодами, с конденсатором, шунтирующим выходные выводы инвертора тока, коллекторная группа однофазного моста на транзисторах подключена к положительному входному выводу инвертора тока через дроссель фильтра, а выводы переменного тока однофазного моста на транзисторах подключены к выходным выводам инвертора тока через коммутирующие дроссели, отличающийся тем, что эмиттерная группа однофазного моста на транзисторах подключена к отрицательному входному выводу инвертора тока через второй дроссель фильтра, инвертор тока снабжен последовательной цепью из датчика напряжения на выходных выводах инвертора тока, нуль-органа, суммирующего счетчика, вычитающего счетчика, формирователя импульса, триггера, выходного каскада, выходы которого соединены с управляющими электродами транзисторов диагонали однофазного моста на транзисторах, вторым выходным каскадом, первый вход которого соединен с вторым выходом триггера, а выходы соединены с управляющими электродами транзисторов второй диагонали однофазного моста на транзисторах, вторым триггером, выход которого соединен с вторыми входами выходных каскадов, первый вход соединен с выходом нуль-органа, а второй вход соединен с выходом формирователя импульса, задающим генератором, выход которого соединен со счетным входом суммирующего счетчика, вторым задающим генератором, выход которого соединен со счетным входом вычитающего счетчика, вход записи вычитающего счетчика соединен с выходом нуль-органа.

РИСУНКИ

Рисунок 1