Однофазный полумостовой транзисторный инвертор



Однофазный полумостовой транзисторный инвертор
Однофазный полумостовой транзисторный инвертор
Однофазный полумостовой транзисторный инвертор

 


Владельцы патента RU 2470451:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к электротехнике, а именно к однофазным полумостовым транзисторным инверторам, предназначено для использования в электротехнической промышленности и может применяться в различных вторичных источниках питания, например в электросварочных аппаратах, зарядных устройствах, источниках тока с высокой стабилизацией выходного выпрямленного тока и т.п. Технический результат заключается в снижении чувствительности инвертора к колебаниям нагрузки и повышении за счет этого стабильности выходного выпрямленного тока. Заявленное устройство для этого содержит входной выпрямитель, выходной выпрямитель, сглаживающий конденсатор, дроссель, датчик тока, высокочастотный трансформатор и систему управления, выполненную на основе транзисторных ключей. Клеммы подключения к нагрузке и датчик тока через блок гальванической развязки соединены с блоком упреждающей коррекции и с системой управления. 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники, а именно к однофазным автономным полумостовым инверторам, и может применяться в различных вторичных источниках питания, например в электросварочных аппаратах, зарядных устройствах, источниках тока с высокой стабилизацией выходного выпрямленного тока и т.п.

Известен однофазный полумостовой транзисторный инвертор (авторское свидетельство №2291550), содержащий в силовой части полумост в виде двух последовательно соединенных транзисторов и двух обратных диодов (вторая половина моста образована двумя последовательно включенными силовыми конденсаторами), особенность которого состоит в том, что в схему дополнительно введен четырехобмоточный трансформатор с тремя одинаковыми первичными обмотками и одной вторичной обмоткой, подключенной к системе управления, вследствие чего повышается надежность защиты в случае сквозного короткого замыкания.

Также известен однофазный мостовой транзисторный инвертор (авторское свидетельство №2216093), содержащий в силовой части мост, выполненный на основе транзисторов, шунтированных обратными диодами, в диагональ которого включен согласующий трансформатор, снабженный дополнительной обмоткой возврата реактивной мощности, подключенной к диагонали переменного тока обратного диодного моста, в цепь постоянного тока которого включен транзисторный ключ, управляющий вход которого соединен с логической схемой И, за счет чего достигается устранение резонанса напряжений в однофазном мостовом инверторе.

Основным недостатком известных решений является то, что система управления в данных случаях не обеспечивает высокой стабилизации выходного тока инвертора, что может привести, например, к обрыву дуги сварочного инвертора или к недостаточной жесткости выходных характеристик, что является неотъемлемым критерием в работе источников тока данного типа.

Техническим результатом является снижение чувствительности инвертора к колебаниям нагрузки, повышение за счет этого стабильности выходного выпрямленного тока.

Технический результат достигается путем введения упреждающей коррекции в систему подчиненного регулирования.

Сущность изобретения поясняется фиг.1 и фиг.2, на которых представлены схема однофазного полумостового транзисторного инвертора и структурная схема однофазного полумостового транзисторного инвертора соответственно.

Однофазный полумостовой транзисторный инвертор содержит входной выпрямитель 1, сглаживающий конденсатор 2, транзисторные ключи 3 и 4 на основе биполярных транзисторов с изолированным затвором, имеющих высокую частоту и малое время переключения, высокочастотный трансформатор 5, силовые конденсаторы 6 и 7, выходной выпрямитель 8, дроссель 9, клеммы 10 подключения к нагрузке, датчик тока 11, блок 12 гальванической развязки, обратную связь 13 по напряжению, блок 14 упреждающей коррекции, обратную связь 15 по току, систему 16 управления.

Устройство работает следующим образом. Напряжение сети подается на входной выпрямитель 1, после чего фильтруется сглаживающим конденсатором 2. Параллельно входному выпрямителю 1 и сглаживающему конденсатору 2 включена полумостовая инверторная транзисторная схема, выполненная на транзисторных ключах 3, 4 и силовых конденсаторах 6, 7, которая преобразовывает выпрямленное и сглаженное напряжение в переменное напряжение с большой частотой. Управляющие входы транзисторных ключей 3, 4 подключены к системе 16 управления. В диагональ полумостового транзисторного инвертора включена первичная обмотка высокочастотного трансформатора 5, напряжение и ток вторичной обмотки которого выпрямляется посредством выходного выпрямителя 8. Между выходным выпрямителем 8 и клеммами 10 подключения к нагрузке включен дроссель 9, сглаживающий выпрямленный ток. С клемм 10 подключения к нагрузке через блок 12 гальванической развязки и блок 14 упреждающей коррекции в систему 16 управления поступает напряжение, пропорциональное протекающему току, измеренному в цепи нагрузки. В случае превышения допустимого уровня тока система 16 управления останавливает работу широтно-импульсного модулятора, входящего в состав системы 16 управления. В случае изменения параметров нагрузки что может привести, например, к обрыву дуги электросварочного аппарата, блок 14 упреждающей коррекции скорректирует работу системы 16 управления, что предотвратит возможный сбой работы однофазного полумостового транзисторного инвертора. В то же время блок 14 упреждающей коррекции снижает чувствительность системы 16 управления к колебаниям нагрузки. С клемм 10 подключения к нагрузке через блок 12 гальванической развязки в систему 16 управления поступает сигнал обратной связи по напряжению. Система 16 управления сравнивает напряжение задания с сигналом обратной связи и вырабатывает управляющий сигнал на широтно-импульсный модулятор, входящий в состав системы 16 управления. В случае превышения допустимого значения тока система управления останавливает работу широтно-импульсного модулятора, входящего в состав системы управления. В то же время блок 14 упреждающей коррекции снижает чувствительность системы 16 управления к колебаниям нагрузки.

Сущность введения в данную систему упреждающей коррекции рассмотрим на примере использования однофазного транзисторного инвертора в качестве сварочного. На фиг.2 изображена структурная схема однофазного полумостового транзисторного инвертора. Сварка металлических деталей происходит за счет энергии дуги между электродом и поверхностью, при этом изменяется сопротивление дуги электрической цепи. В связи с этим может произойти обрыв сварочной дуги. Для повышения устойчивости сварочной дуги к изменению внешних параметров предлагается использовать упреждающую коррекцию, что позволяет снизить чувствительность системы управления к изменениям параметров объекта регулирования. Основным звеном в силовой цепи является высокочастотный трансформатор, стабилизация режимов работы которого происходит за счет полумостового транзисторного инвертора. Дифференциальные уравнения равновесия мгновенных значений напряжений первичной и вторичной обмоток трансформатора имеют вид:

где r1, L1, i1 - сопротивление, индуктивность и ток первичной обмотки; r2, L2, i2 - то же для вторичной обмотки; u1, u2 - входное и выходное напряжения трансформатора; М - коэффициент взаимоиндукции обмоток, p - оператор Лапласа.

После преобразований системы уравнений (1) и известных допущений получим передаточную функцию трансформатора по напряжению

где RH -сопротивление нагрузки, ω - число витков обмотки.

Включение полумостового транзисторного инвертора снижает жесткость выходных характеристик, особенно на малых токах нагрузки. Для повышения жесткости в схеме введена обратная связь по напряжению. Проведем расчет контура напряжения системы WKH(p).

Выходное напряжение трансформатора выпрямляется, вследствие чего его передаточная функция примет вид:

Синтез регулятора напряжения выполняется исходя из настройки контура напряжения на технический оптимум. Исходя из этого и из того, что при работе сварочного аппарата RH<R2, передаточная функция контура напряжения примет вид:

Для получения требуемой внешней характеристики устройства введем обратную связь по току нагрузки и настроим контур тока также на технический оптимум. Передаточная функция замкнутого контура тока WKT(p) примет вид:

где α=RH/RHPAC.

Проведем анализ выражения (5) по чувствительности показателя колебательности М к α. Выражение для показателя колебательности имеет следующий вид:

где А(ωP) - значение амплитудной характеристики системы на резонансной частоте.

Приведем выражение (5) к нормированной форме записи:

где K=1/KOCT;

Амплитудная характеристика для рассматриваемой системы известна:

При ω=ωP эта характеристика принимает экстремальное значение:

Нахождение условий экстремума функции А(ω) дает результат:

Подставим (8) в (9) и определим значение А(ωp):

Используя выражение (6), можно определить показатель колебательности для рассматриваемой системы:

Оценим влияние изменения α на значение показателя колебательности:

Из выражения (10) видно, что значение колебательности М изменяется в широких пределах в зависимости от α. Для устранения этого недостатка используем упреждающую коррекцию. Формирование корректирующего сигнала показано на фиг.2. Сигнал с датчика напряжения поступает на звено модели WМОД(p), параметры которого выбираются из условия:

,

где WОБ(p)HOM - передаточная функция объекта в номинальном режиме.

Для рассматриваемого случая:

Сигнал с выхода звена модели сравнивается с сигналом обратной связи по току, в результате чего формируется дифференцированный сигнал, который с коэффициентом ν поступает на регулятор тока. Упрощенная передаточная функция замкнутого контура тока с упреждающей коррекцией WКТУ(p) имеет вид:

где

Для системы с упреждающей коррекцией (11) проведем анализ чувствительности М к вариациям ν и α. Для рассматриваемого случая показатель колебательности определяется выражением:

Анализ формулы (12) позволяет сделать следующие выводы:

- если ν=1, то M=const=1 независимо от значения α;

- если ν=0, то значение М соответствует системе без упреждающей коррекции;

- если α=1, то M=const=1 независимо от значения ν.

Таким образом, введение упреждающей коррекции позволяет создать систему, инвариантную к изменениям нагрузки в широких пределах.

Однофазный полумостовой транзисторный инвертор, содержащий входной выпрямитель, сглаживающий конденсатор и высокочастотный трансформатор, отличающийся тем, что схема полумостового транзисторного инвертора, включенная параллельно входному выпрямителю и сглаживающему конденсатору, выполнена на основе транзисторных ключей, имеющих высокую частоту и малое время переключения, в диагональ которой включена первичная обмотка высокочастотного трансформатора, а вторичная обмотка, соединена с входом выходного выпрямителя, к выходу которого подключены клеммы подключения к нагрузке, подключенные к дросселю, сглаживающему выпрямленный ток, через блок гальванической развязки соединены с блоком упреждающей коррекции и с системой управления.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано на электроподвижном составе с тяговыми асинхронными двигателя, питающимися от контактной сети постоянного тока, в частности на электроподвижном составе вагонов метрополитена.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для преобразования переменного тока в постоянный с последующим преобразованием в переменный для питания электроприводов электровозов переменного тока.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в индукционных нагревателях и других электротехнологических нагрузках. .

Изобретение относится к преобразовательной технике и направлено на расширение области применения автономного согласованного инвертора с резонансной коммутацией.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в установках для индукционного нагрева и плавки металлов. .

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в установках для индукционного нагрева и плавки металлов. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в коммутационной схеме управления потребителем (М) электроэнергии с мостовой схемой. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано преимущественно в мощных электроприводах, применяемых в средневольтных (6 35 кВ) трехфазных электрических сетях.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника питания для трехфазных нагрузок с индуктивностью, в частности для асинхронных и синхронных электродвигателей.

Изобретение относится к устройствам преобразовательной техники и может быть использовано для питания с частотой 400 Гц бортовых систем летательных аппаратов (ЛА), а также для питания высокочастотного инструмента частотой 400 Гц или 200 Гц

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в высоковольтных устройствах, вращающейся машине или в двигателе транспортного средства для преобразования переменного тока в постоянный или наоборот или для изменения формы, амплитуды и частоты тока

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в приводах и высоковольтной технике. Техническим результатом является повышение надежности за счет исключения полного отказа установки, использующей вентильный преобразователь. В вентильном преобразователе переменного тока тормозное сопротивление имеет несколько отдельных тормозных сопротивлений (18), которые, соответственно, являются частью биполярного подмодуля (14), причем подмодули (14), при образовании последовательного соединения подмодулей, включены последовательно и по меньшей мере частично содержат накопитель (16) энергии в параллельном соединении с соответственно сопоставленным отдельным тормозным сопротивлением (18) и управляемый силовой полупроводник (28) торможения, который в положении торможения допускает протекание тока через соответственно сопоставленное отдельное тормозное сопротивление (18), а в положении нормального режима работы прерывает протекание тока через него. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления множеством силовых преобразователей, в частности электронных частотных преобразователей, посредством беспроводной связи. Техническим результатом является повышение быстродействия и точности управления. В способе и системе беспроводного управления переключающими устройствами каждый силовой преобразователь содержит полупроводниковые устройства большой мощности. Управляющие сигналы передаются между контроллером и беспроводным узлом одного или более из указанного множества силовых преобразователей с использованием беспроводной системы связи. Управляющие сигналы передаются в локальный беспроводной узел одного или более из множества силовых преобразователей. Передача данных включает пакеты данных, содержащие такую управляющую информацию, что временной модуль локального беспроводного узла может быть синхронизирован с использованием временной синхронизирующей информации беспроводной системы связи. В качестве других аспектов настоящего изобретения описываются система, применяющая указанный способ, и компьютерная программа для выполнения указанного способа. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах регулирования мощности, передаваемой в нагрузку. Технический результат - повышение энергетической эффективности и надежности. В мостовой преобразователь напряжения, выполненный на транзисторах, введена дополнительная конденсаторная цепь, включенная между первым и вторым выводами выходной цепи транзисторного моста. В простейшем случае дополнительная конденсаторная цепь содержит один конденсатор. В другом варианте устройства дополнительная конденсаторная цепь выполнена в виде четырех конденсаторов, и первый, второй, третий и четвертый ее конденсаторы включены параллельно выходным цепям соответственно первого, второго, третьего и четвертого силовых транзисторов. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах БП и обратных преобразователях Технический результат - повышение надежности и эффективности для пользователей и поставщиков. Способ и устройство для обеспечения решения по несовместимости между системами бесперебойного питания (БП) несинусоидального колебания и нагрузками с активной коррекцией коэффициента мощности (ККМ) включает в себя этапы, на которых: генерируют несинусоидальное сигнальное колебание (к примеру, колебание напряжения), подлежащее доставке в нагрузку, со скважностью широтно-импульсной модуляции (ШИМ); дискретизируют это несинусоидальное колебание для накопления выходных сигнальных отсчетов и регулируют скважность для управления несинусоидальным сигнальным колебанием в зависимости от выходных сигнальных отсчетов, чтобы доставлять в нагрузку желаемую сигнальную характеристику (к примеру, среднеквадратичный сигнальный уровень). В вариантах осуществления изобретения выходная скважность регулируется по-разному в случаях, соответственно, нарастающего и падающего потребления мощности нагрузкой. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к преобразователям электрической энергии, конкретно к автономным инверторам напряжения и может быть использовано во вторичных источниках питания в общепромышленной технике, а так же в преобразователях собственных нужд для локомотивов на железнодорожном транспорте. Техническим результатом изобретения является уменьшение массогабаритных размеров преобразователя. Указанный технический результат достигается тем, что преобразователь постоянного тока в переменный ток, содержащий источник постоянного напряжения с конденсатором на выходе, мостовой инвертор напряжения, состоящий из четырех ключей, каждый из которых состоит из транзистора и обратного диода, выводы постоянного тока которого соединены с выходом источника постоянного напряжения, а выводы переменного тока подключены к первичной обмотке трансформатора, вторичная обмотка которого подключена к нагрузке, систему управления, кроме этого в магнитопровод трансформатора встроен датчик Холла, выход которого подключен к входу системы управления, выходы которой подключены к входам первого и второго драйверов, каждый из которых управляет двумя последовательно включенными ключами мостового инвертора напряжения. 1ил.

Изобретение относится к трехфазному источнику бесперебойного питания. Технический результат заключается в осуществлении заявленного изобретения без использования ступенчатого изменения в работе двух преобразователей электроэнергии так, чтобы на нагрузку могла подаваться стандартная трехфазная электроэнергия. Для этого заявленная схема преобразователя электроэнергии, содержащая вход, включающая множество входных линий, каждая из которых предназначена для соединения с фазой многофазного источника электроэнергии переменного тока, имеющей синусоидальный сигнал; множество шин постоянного тока, включающее первую положительную шину постоянного тока, имеющую первое номинальное напряжение постоянного тока, вторую положительную шину постоянного тока, имеющую второе номинальное напряжение постоянного тока, первую отрицательную шину постоянного тока, имеющую третье номинальное напряжение постоянного тока, и вторую отрицательную шину постоянного тока, имеющую четвертое номинальное напряжение постоянного тока; схему преобразователя электроэнергии, включающую первый преобразователь электроэнергии и второй преобразователь электроэнергии, каждый из которых соединен с входом переменного тока и по меньшей мере одной из множества шин постоянного тока. 3 н. п. ф - лы, 17 з. п. ф - лы, 16 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразователях мощности. Технический результат - повышение коэффициента мощности и коэффициента полезного действия. Звено (3) DC содержит конденсатор (3а), подключенный параллельно выходу схемы (2) преобразователя, и выдает пульсирующее напряжение (vdc) звена DC. Схема (4) инвертора преобразует выход звена (3) DC в АС путем коммутации и подает АС в подключенный к ней двигатель (7). Контроллер (5) управляет коммутацией схемы (4) инвертора таким образом, что токи (iu, iv и iw) двигателя пульсируют синхронно с пульсацией напряжения (vin) питания. Контроллер (5) управляет коммутацией схемы (4) инвертора в соответствии с нагрузкой двигателя (7) или рабочим состоянием двигателя (7) и снижает амплитуду пульсации токов (iu, iv и iw) двигателя. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано, например, в системах регулируемого электропривода переменного тока и в системах вторичного электропитания. Технический результат заключается в разработке автономного инвертора напряжения, позволяющего снизить потери мощности за счет обеспечения минимального сопротивления цепи, по которой протекает ток каждой фазы, при сохранении низкого уровня высших гармоник напряжения на фазах двигателя. Для этого заявленное устройство содержит первый электрический мост из трех параллельно соединенных полумостов, выполненных из нескольких последовательно соединенных транзисторов, зашунтированных обратными диодами, второй шестиплечевой электрический мост, представляющий собой три параллельно соединенных полумоста, выполненных из двух последовательно соединенных пар транзисторов, каждая из которых состоит из двух соединенных разноименными силовыми выводами транзисторов, и делитель напряжения из трех последовательно соединенных конденсаторов. Первый и четвертый выходы делителя напряжения подключены к входам первого электрического моста, а второй и третий его выходы - к входам второго электрического моста. Выходы одноименных полумостов первого и второго мостов соединены между собой и подключены к соответствующей фазе двигателя. 1 ил.
Наверх