RU2449459C1 - Stand-alone matched inverter with resonant commutation - Google Patents
Stand-alone matched inverter with resonant commutation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2449459C1 RU2449459C1 RU2011107088/07A RU2011107088A RU2449459C1 RU 2449459 C1 RU2449459 C1 RU 2449459C1 RU 2011107088/07 A RU2011107088/07 A RU 2011107088/07A RU 2011107088 A RU2011107088 A RU 2011107088A RU 2449459 C1 RU2449459 C1 RU 2449459C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- inverter
- capacitor
- shunted
- bridge
- resistor
- Prior art date
Links
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при проектировании источников питания нового поколения для индукционных нагревателей различного назначения и других электротехнологических нагрузок. Изобретение расширяет область применения автономного согласованного инвертора с резонансной коммутацией.The invention relates to a conversion technique and can be used in the design of a new generation of power supplies for induction heaters for various purposes and other electrotechnological loads. The invention extends the scope of a self-contained matched inverter with resonant switching.
Известен автономный инвертор тока с квазирезонансной коммутацией, содержащий подключенный к входным выводам инвертора тока через дроссели фильтра однофазный мост на управляемых вентилях, выводы постоянного тока моста зашунтированы встречным диодом, выводы переменного тока моста соединены с выходными выводами инвертора через коммутирующий дроссель, выходные выводы инвертора зашунтированы компенсирующим конденсатором (А.с. 1683150 СССР, МКИ H02M 5/45. Преобразователь частоты / Силкин Е.М. - Заявл. 03.03.89. Опубл. 07.10.91. БИ №37).A self-contained current inverter with quasi-resonant switching is known, which contains a single-phase bridge connected to the input terminals of the current inverter through filter inductors on controlled gates, the bridge DC outputs are bridged with a counter diode, the bridge AC pins are connected to the output terminals of the inverter via a switching inductor, the output terminals of the inverter are bridged by compensating capacitor (A.S. 1683150 USSR, MKI H02M 5/45. Frequency converter / Silkin EM - Application. 03.03.89. Publish. 07.10.91. BI No. 37).
Недостатком автономного инвертора тока с квазирезонансной коммутацией является ограниченная область применения. Это обусловлено узким диапазоном регулирования выходных электрических параметров, низкой надежностью работы, высокими уровнями перенапряжений на управляемых вентилях и встречном диоде и скоростями изменения токов управляемых вентилей, что может привести к выходу их из строя, а также высокими уровнями электромагнитных помех, возникающих при выключении встречного диода, что может вызывать сбои в системе управления инвертора и выход всего устройства из строя.The disadvantage of a stand-alone current inverter with quasi-resonant switching is its limited scope. This is due to the narrow range of regulation of the output electrical parameters, low reliability, high levels of overvoltage on the controlled valves and the counter diode and the rate of change of the currents of the controlled valves, which can lead to their failure, as well as high levels of electromagnetic interference that occur when the counter diode is turned off , which can cause malfunctions in the control system of the inverter and the failure of the entire device.
Известен автономный инвертор тока с квазирезонансной коммутацией, содержащий подключенный к входным выводам инвертора тока через дроссель фильтра однофазный мост на управляемых вентилях с встречно-параллельными диодами, выводы переменного тока моста соединены с выходными выводами инвертора через коммутирующий дроссель, выходные выводы инвертора зашунтированы компенсирующим конденсатором (А.с. 1742961 СССР, МКИ H02M 5/45. Преобразователь частоты / Силкин Е.М. - Заявл. 02.08.89. Опубл. 23.06.92. БИ №23).A self-contained current inverter with quasi-resonant switching is known, which contains a single-phase bridge connected to the input terminals of the current inverter through a filter choke on controlled valves with counter-parallel diodes, the bridge AC pins are connected to the output terminals of the inverter via a switching choke, the output terminals of the inverter are shunted by a compensating capacitor (A S. 1742961 USSR, MKI H02M 5/45. Frequency converter / Silkin EM - Declaration 02.08.89. Publish. 23.06.92. BI No. 23).
Недостатком автономного инвертора тока с квазирезонансной коммутацией является ограниченная область применения. Это обусловлено узким диапазоном регулирования выходных электрических параметров, низкой надежностью работы, высокими уровнями перенапряжений на управляемых вентилях и встречно-параллельных диодах, что может привести к выходу их из строя, а также высокими уровнями электромагнитных помех, возникающих при выключении встречно-параллельных диодов, что может вызывать сбои в системе управления инвертора и выход всего устройства из строя.The disadvantage of a stand-alone current inverter with quasi-resonant switching is its limited scope. This is due to the narrow range of regulation of the output electrical parameters, low reliability, high levels of overvoltage on controlled valves and anti-parallel diodes, which can lead to failure, as well as high levels of electromagnetic interference that occur when the anti-parallel diodes are turned off, which may cause malfunctions in the control system of the inverter and the failure of the entire device.
Известен автономный согласованный инвертор с резонансной коммутацией, содержащий подключенный к входным выводам инвертора через дроссели фильтра однофазный мост на управляемых вентилях с встречно-параллельными диодами, выводы постоянного тока моста зашунтированы конденсатором фильтра, выводы переменного тока моста соединены с выходными выводами инвертора через коммутирующий дроссель, выходные выводы инвертора зашунтированы компенсирующим конденсатором (Пат. 61964 РФ, МКИ H02M 7/00. Автономный согласованный резонансный инвертор / Силкин Е.М. - Заявл. 13.11.06. Опубл. 10.03.07. БИПМ №7).A self-contained matched inverter with resonant switching is known, which contains a single-phase bridge connected to the input terminals of the inverter through filter inductors on controlled gates with counter-parallel diodes, the bridge DC outputs are shunted by the filter capacitor, the bridge AC terminals are connected to the output terminals of the inverter via a switching inductor, output the inverter leads are shunted by a compensating capacitor (Pat. 61964 RF, MKI H02M 7/00. Autonomous matched resonant inverter / Silkin EM - Application. 13.11.06. Publish. 03.10.07. BIPM No. 7).
Указанный автономный согласованный инвертор с резонансной коммутацией является наиболее близким по технической сущности к изобретению и выбран в качестве прототипа.The specified autonomous matched inverter with resonant switching is the closest in technical essence to the invention and is selected as a prototype.
Недостатком автономного согласованного инвертора с резонансной коммутацией является ограниченная область применения. Это обусловлено узким диапазоном регулирования выходных электрических параметров, низкой надежностью работы, недостатками в конструкции коммутирующих и фильтровых дросселей, высокими уровнями коммутационных перенапряжений на управляемых вентилях и встречно-параллельных диодах из-за резкого обрыва тока при выключении, что может вызвать электрический пробой управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов, а также высокими уровнями электромагнитных помех, что может приводить к выходу управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов из строя из-за перегрева структуры и сбоям в системе управления инвертора, приводящих к системному отказу, то есть выходу из строя всего устройства в целом.The disadvantage of a self-contained matched inverter with resonant switching is the limited scope. This is due to the narrow range of control of the output electrical parameters, low reliability, design flaws of switching and filter chokes, high levels of switching overvoltages on controlled valves and counter-parallel diodes due to a sharp break in current during shutdown, which can cause an electrical breakdown of controlled valves and anti-parallel diodes, as well as high levels of electromagnetic interference, which can lead to the output of controlled gates and anti-parallel diodes fail due to overheating of the structure and malfunctions in the control system of the inverter, leading to a system failure, that is, failure of the entire device as a whole.
Изобретение направлено на решение задачи расширения области применения автономного согласованного инвертора с резонансной коммутацией, что является необходимым техническим результатом и целью изобретения.The invention is aimed at solving the problem of expanding the scope of an autonomous matched inverter with resonant switching, which is a necessary technical result and the purpose of the invention.
Указанная цель достигается тем, что в автономном согласованном инверторе с резонансной коммутацией, содержащем подключенный к входным выводам инвертора через дроссели насыщения и магнитосвязанные дроссели фильтра, включенные согласно, однофазный мост на управляемых вентилях с встречно-параллельными диодами, зашунтированных последовательными цепями из конденсатора и резистора, выводы постоянного тока моста зашунтированы конденсатором фильтра и последовательной цепью из двух демпферных конденсаторов, общая точка соединения которых подключена к выводу корпуса инвертора через демпферный резистор, выводы переменного тока моста зашунтированы последовательной цепью из защитного резистора и защитного конденсатора и соединены с выходными выводами инвертора через последовательные цепи из коммутирующих дросселей и ограничительных дросселей насыщения, коммутирующие дроссели магнитосвязаны и включены согласно, выходные выводы инвертора зашунтированы компенсирующим конденсатором.This goal is achieved by the fact that in a self-contained matched inverter with resonant switching, containing connected to the input terminals of the inverter through saturation chokes and magnetically coupled filter chokes, connected according to a single-phase bridge on controlled gates with counter-parallel diodes, shunted by series circuits from a capacitor and a resistor, the bridge DC outputs are bridged by the filter capacitor and a series circuit of two damping capacitors, the common connection point of which connected to the output of the inverter housing through a damping resistor, the bridge AC terminals are shunted by a serial circuit from a protective resistor and a protective capacitor and connected to the output terminals of the inverter via serial circuits from switching inductors and saturation limiting inductors, the switching inductors are magnetically connected and connected according to the inverter output terminals are bridged compensating capacitor.
Существенным отличием, характеризующим изобретение, является расширение области применения автономного согласованного инвертора с резонансной коммутацией, что достигается расширением диапазона эффективного регулирования выходных электрических параметров, повышением надежности работы, оптимизацией конструкции коммутирующих и фильтровых дросселей, комплексным снижением максимальных уровней токов элементов за счет уменьшения общих электрических потерь и перенапряжений на управляемых вентилях и встречно-параллельных диодах, снижением уровней электромагнитных помех, исключением режимов перегрева структуры управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов и сбоев в системе управления инвертора. Новый автономный согласованный инвертор может быть использован для ответственных применений.A significant difference characterizing the invention is the expansion of the field of application of a self-contained matched inverter with resonant switching, which is achieved by expanding the range of effective control of the output electrical parameters, increasing the reliability of operation, optimizing the design of switching and filter chokes, comprehensively reducing the maximum current levels of elements by reducing the total electric losses and overvoltages on controlled gates and counter-parallel diodes, reducing the level of electromagnetic interference, with the exception of overheating modes of the structure of controlled gates and counter-parallel diodes and failures in the control system of the inverter. A new standalone matched inverter can be used for demanding applications.
Повышение надежности работы согласованного инвертора с резонансной коммутацией является полученным техническим результатом, обусловленным новыми элементами в схеме инвертора, порядком их включения, новыми связями и новыми конструктивными решениями, то есть отличительными признаками изобретения. Таким образом, отличительные признаки заявляемого автономного согласованного инвертора с резонансной коммутацией являются существенными.Improving the reliability of a matched inverter with resonant switching is the technical result due to new elements in the inverter circuit, the order of their inclusion, new connections and new design solutions, that is, the distinguishing features of the invention. Thus, the distinguishing features of the claimed autonomous matched inverter with resonant switching are essential.
На рисунке приведена схема нового автономного согласованного инвертора с резонансной коммутацией.The figure shows a diagram of a new autonomous matched inverter with resonant switching.
Автономный согласованный инвертор с резонансной коммутацией содержит подключенный к входным выводам инвертора через дроссели насыщения 1, 2 и магнитосвязанные дроссели 3, 4 фильтра, включенные согласно, однофазный мост на управляемых вентилях 5-8 с встречно-параллельными диодами 9-12, зашунтированных последовательными цепями из конденсатора 13-16 и резистора 17-20, выводы постоянного тока моста зашунтированы конденсатором фильтра 21 и последовательной цепью из двух демпферных конденсаторов 22, 23, общая точка соединения которых подключена к выводу корпуса инвертора через демпферный резистор 24, выводы переменного тока моста зашунтированы последовательной цепью из защитного конденсатора 25 и защитного резистора 26 и соединены с выходными выводами инвертора через последовательные цепи из коммутирующих дросселей 27, 28 и ограничительных дросселей насыщения 29, 30, коммутирующие дроссели магнитосвязаны и включены согласно, выходные выводы инвертора зашунтированы компенсирующим конденсатором 31. Нагрузка 32 подключена к выходным выводам инвертора.The self-contained matched inverter with resonant switching contains an inverter connected to the input terminals through saturation chokes 1, 2 and magnetically coupled chokes 3, 4 of the filter, connected in accordance with one-phase bridge on controlled valves 5-8 with counter-parallel diodes 9-12, shunted by serial circuits from capacitor 13-16 and resistor 17-20, the DC terminals of the bridge are shunted by the filter capacitor 21 and a series circuit of two damper capacitors 22, 23, the common connection point of which is connected to the pin at the inverter housing through the damper resistor 24, the bridge's AC terminals are shunted by a serial circuit from a protective capacitor 25 and a protective resistor 26 and connected to the inverter output terminals via serial circuits from switching inductors 27, 28 and saturation limiting inductors 29, 30, the switching inductors are magnetically connected and included according to, the output terminals of the inverter are shunted by a compensating capacitor 31. The load 32 is connected to the output terminals of the inverter.
Автономный согласованный инвертор с резонансной коммутацией в установившемся режиме работает следующим образом. Импульсы управления на управляемые вентили 5, 8 и 6, 7 поступают поочередно с частотой, равной частоте выходного сигнала инвертора. Значения индуктивностей дросселей 3, 4 фильтра выбраны достаточными для качественной фильтрации тока и напряжения на входе однофазного моста. В режимах малой нагрузки и при регулировании выходных электрических параметров индуктивность дросселей 1, 2 насыщения увеличивается, что улучшает их фильтрующие свойства и предотвращает возможное прерывание входного тока инвертора. Выполнение дросселей 3, 4 фильтра магнитосвязанными и согласное их включение оптимизируют конструкции, снижают общее число их витков, сопротивление обмоток и электрические потери в дросселях 3, 4 и элементах устройства в целом. Компенсирующий конденсатор 31 обеспечивает параллельную компенсацию реактивной мощности индукционного нагревателя (нагрузки) 32 и последовательную компенсацию реактивной мощности коммутирующих дросселей 27, 28. Коммутирующие дроссели 27, 28 могут выполняться в виде самостоятельных элементов или представлять собой индуктивность нагрузки (части нагрузки) и (или) соединительных отводящих шин (кабелей). Выполнение коммутирующих дросселей 27, 28 магнитосвязанными и согласное их включение (вариант самостоятельных элементов) аналогично дросселям 3, 4 фильтра оптимизируют конструкции, снижают общее число их витков, сопротивление обмоток и электрические потери в дросселях 27, 28 и элементах устройства в целом. Работа дросселей насыщения 29, 30 ограничивает скорости нарастания и спада токов через вентили 5-8 и встречно-параллельные диоды 9-12 и снижает коммутационные потери в них. Снижение коммутационных потерь и перенапряжений осуществляется также последовательной цепью из защитного конденсатора 25 и защитного резистора 26, шунтирующей выводы переменного тока моста инвертора. Кроме того, коммутационные потери и перенапряжения ограничиваются последовательными цепями из конденсатора 13-16 и резистора 17-20, включенными параллельно управляемым вентилям 5-8 и встречно-параллельным диодам 9-12, и последовательной цепью из двух демпферных конденсаторов 22, 23, общая точка соединения которых подключена к выводу корпуса инвертора через демпферный резистор 24. Узел из элементов 22-24 эффективно защищает систему управления инвертора от электромагнитных помех, что повышает надежность работы устройства.Autonomous matched inverter with resonant switching in steady state operates as follows. The control pulses to the controlled valves 5, 8 and 6, 7 arrive alternately with a frequency equal to the frequency of the output signal of the inverter. The inductance values of the chokes 3, 4 of the filter are selected sufficient for high-quality filtering of current and voltage at the input of a single-phase bridge. In light load conditions and when regulating the output electrical parameters, the inductance of saturation chokes 1, 2 increases, which improves their filtering properties and prevents possible interruption of the inverter input current. The implementation of the chokes 3, 4 of the filter magnetically coupled and their consonant inclusion optimize the design, reduce the total number of turns, winding resistance and electrical losses in the chokes 3, 4 and the elements of the device as a whole. The compensating capacitor 31 provides parallel compensation of the reactive power of the induction heater (load) 32 and sequential compensation of the reactive power of the switching reactors 27, 28. The switching reactors 27, 28 can be implemented as independent elements or represent the inductance of the load (part of the load) and (or) connecting discharge tires (cables). The implementation of commutating reactors 27, 28 magnetically coupled and their consonant inclusion (option of independent elements) similarly to filter reactors 3, 4 optimize designs, reduce the total number of turns, winding resistance and electrical losses in reactors 27, 28 and the elements of the device as a whole. The operation of saturation chokes 29, 30 limits the rate of rise and fall of currents through valves 5-8 and counter-parallel diodes 9-12 and reduces switching losses in them. Reducing switching losses and overvoltages is also carried out by a series circuit from a protective capacitor 25 and a protective resistor 26, which shunts the AC inverter bridge outputs. In addition, switching losses and overvoltages are limited by series circuits from a capacitor 13-16 and a resistor 17-20, connected in parallel to controlled valves 5-8 and counter-parallel diodes 9-12, and a series circuit from two damping capacitors 22, 23, a common point the connections of which are connected to the output of the inverter body through the damper resistor 24. The assembly of elements 22-24 effectively protects the inverter control system from electromagnetic interference, which increases the reliability of the device.
Полный цикл (период) выходного сигнала автономного согласованного инвертора с резонансной коммутацией состоит из двух равных временных интервалов (полупериодов), соответствующих различным сочетаниям включенного и выключенного состояния управляемых вентилей 5-8 и встречно-параллельных диодов 9-12. В каждом полупериоде в общем случае можно выделить три различных по характеру электромагнитных процессов временных интервала (одновременной работы двух управляемых вентилей (5, 8 или 6, 7) однофазного моста, двух смежных встречно-параллельных диодов (9, 12 или 10, 11), а также паузы в работе управляемых вентилей (5-8) и встречно-параллельных диодов (9-12). Основной интервал соответствует интервалу одновременной проводимости двух управляемых вентилей однофазного моста 5, 8 или 6, 7. Два других интервала целесообразно устанавливать малой длительности выбором параметров элементов инвертора, что обеспечивает высокие энергетические показатели устройства. На интервале одновременной проводимости двух смежных встречно-параллельных диодов (9, 12 или 10, 11) к выключившимся управляемым вентилям (5, 8 или 6, 7) прикладывается небольшое обратное (отрицательное) напряжение, равное падению напряжения на встречно-параллельном диоде (9-12), и управляемые вентили (5-8) могут восстанавливать свои управляющие свойства (при использовании однооперационных вентилей). В этом случае длительность второго интервала устанавливается исходя из требуемого времени выключения используемых управляемых вентилей 5-8.The full cycle (period) of the output signal of a self-contained matched inverter with resonant switching consists of two equal time intervals (half-periods) corresponding to various combinations of on and off state of controlled gates 5-8 and anti-parallel diodes 9-12. In each half-period, in the general case, three different time intervals can be distinguished by the nature of electromagnetic processes (simultaneous operation of two controlled valves (5, 8 or 6, 7) of a single-phase bridge, two adjacent counter-parallel diodes (9, 12 or 10, 11), as well as pauses in the operation of controlled valves (5-8) and counter-parallel diodes (9-12). The main interval corresponds to the interval of simultaneous conductivity of two controlled valves of a single-phase bridge 5, 8 or 6, 7. It is advisable to set the other two intervals to short On the interval of simultaneous conductivity of two adjacent counter-parallel diodes (9, 12 or 10, 11), a small reverse (negative) is applied to the switched-off controlled valves (5, 8 or 6, 7) on the interval of simultaneous conductivity. voltage equal to the voltage drop across the anti-parallel diode (9-12), and controlled valves (5-8) can restore their control properties (when using single-operation valves). In this case, the duration of the second interval is set based on the required shutdown time of the used controlled valves 5-8.
В момент включения (начало полупериода), например, управляемых вентилей 5, 8 напряжение на компенсирующем конденсаторе 31 имеет условно отрицательную полярность (положительный потенциал на нижней по схеме обкладке компенсирующего конденсатора 31). Напряжение на компенсирующем конденсаторе 31 изменяется по колебательному закону. Уровень напряжения на компенсирующем конденсаторе 31 в момент включения управляемых вентилей 5, 8 ниже уровня амплитудного значения этого напряжения. Включение управляемых вентилей 5, 8 осуществляется с опережением относительно момента перехода мгновенного значения напряжения на компенсирующем конденсаторе 31 относительно нулевого уровня. Ток через параллельный нагрузочный контур, образованный индукционным нагревателем 32 и компенсирующим конденсатором 31, начинает протекать от конденсатора 21 фильтра автономного согласованного инвертора с резонансной коммутацией по цепи: 21-5-27-29-(31, 32)-30-28-8-21. Конденсатор фильтра 21 имеет достаточную емкость для качественного сглаживания напряжения на входе однофазного моста. Заряд конденсатора фильтра 21 осуществляется от источника питания автономного согласованного инвертора с резонансной коммутацией по цепи: «+»-1-3-21-4-2-«-». Компенсирующий конденсатор 31 разряжается и колебательно перезаряжается до напряжения условно положительной полярности (положительный потенциал на верхней по схеме обкладке). Параметры цепи: 21-5-27-29-(31, 32)-30-28-8-21 и угол опережения выбираются такими, чтобы электромагнитные процессы в ней также имели колебательный характер. То есть указанная цепь представляют собой последовательный колебательный контур, образованный коммутирующими дросселями 27, 28 и нескомпенсированной частью емкости компенсирующего конденсатора 31. Ток управляемых вентилей 5, 8 вначале возрастает, а затем спадает по квазиколебательному закону. В момент равенства тока управляемых вентилей 5, 8 нулю они выключаются. В момент выключения управляемых вентилей 5, 8 заканчивается первый интервал полупериода (одновременной проводимости управляемых вентилей однофазного моста). После выключения управляемых вентилей 5, 8 включаются встречно-параллельные диоды 9, 12. Возникает колебательный ток разряда компенсирующего конденсатора 31 по цепи: (31, 32)-29-27-9-21-12-28-30-(31, 32). Одновременно компенсирующий конденсатор 31 продолжает перезаряжаться через нагрузку 32. На интервале одновременной проводимости двух смежных встречно-параллельных диодов 9, 12 к выключившимся управляемым вентилям 5, 8 прикладывается небольшое обратное (отрицательное) напряжение, равное падению напряжения на соответствующем встречно-параллельном диоде 9, 12, и управляемые вентили 5, 8 могут восстанавливать свои управляющие свойства (при использовании однооперационных вентилей). К моменту выключения встречно-параллельных диодов 9, 12 заканчивается второй интервал полупериода. Далее через интервал паузы (третий интервал полупериода) с опережением относительно момента перехода мгновенного значения напряжения на компенсирующем конденсаторе 31 через нуль включаются управляемые вентили 6, 7. Компенсирующий конденсатор 31 в указанный момент времени заряжен с условно положительной полярностью (положительный потенциал на нижней по схеме обкладке конденсатора 31) напряжения и колебательно перезаряжается до напряжения противоположной полярности (отрицательный потенциал на нижней по схеме обкладке конденсатора 31). С момента включения управляемых вентилей 6, 7 заканчивается первый полупериод в работе инвертора. Во втором полупериоде при работе управляемых вентилей 6, 7 и встречно-параллельных диодов 10, 11 электромагнитные процессы в автономном согласованном инверторе с резонансной коммутацией протекают аналогично, но токи через нагрузочный контур (31, 32) с индукционным нагревателем 32 на временных интервалах второго полупериода имеют противоположное направление. По окончании второго полупериода снова включается управляемые вентили 5, 8. Далее электромагнитные процессы в инверторе (новый период выходного сигнала) полностью повторяются.At the time of switching on (the beginning of the half-cycle), for example, of the controlled valves 5, 8, the voltage at the compensating capacitor 31 has a conditionally negative polarity (positive potential at the lower lining of the compensating capacitor 31). The voltage at the compensating capacitor 31 varies according to the oscillatory law. The voltage level at the compensating capacitor 31 at the moment of switching on the controlled valves 5, 8 is lower than the level of the amplitude value of this voltage. The inclusion of controlled valves 5, 8 is carried out ahead of time relative to the instant of transition of the instantaneous voltage value at the compensating capacitor 31 relative to the zero level. Current through a parallel load circuit formed by an induction heater 32 and a compensating capacitor 31 begins to flow from the filter capacitor 21 of a self-contained matched inverter with resonant switching in a circuit: 21-5-27-29- (31, 32) -30-28-8- 21. The filter capacitor 21 has sufficient capacity for high-quality smoothing of the voltage at the input of a single-phase bridge. The filter capacitor 21 is charged from the power supply of an autonomous matched inverter with resonant switching along the circuit: “+” - 1-3-21-4-2 - “-”. The compensating capacitor 31 is discharged and vibrationally recharged to a voltage of conditionally positive polarity (positive potential on the top plate according to the circuit). Circuit parameters: 21-5-27-29- (31, 32) -30-28-8-21 and the lead angle are chosen so that the electromagnetic processes in it also have an oscillatory character. That is, this circuit is a sequential oscillatory circuit formed by commutating chokes 27, 28 and the uncompensated part of the capacitance of the compensating capacitor 31. The current of the controlled valves 5, 8 first increases and then decreases according to a quasi-oscillatory law. At the moment of equal current control valves 5, 8 to zero, they turn off. At the moment of switching off the controlled valves 5, 8, the first half-period interval (simultaneous conductivity of the controlled valves of a single-phase bridge) ends. After turning off the controlled valves 5, 8, counter-parallel diodes 9, 12 are turned on. An oscillating discharge current of the compensating capacitor 31 occurs along the circuit: (31, 32) -29-27-9-21-12-28-30- (31, 32 ) At the same time, the compensating capacitor 31 continues to recharge through the load 32. In the interval of simultaneous conductivity of two adjacent counter-parallel diodes 9, 12, a small reverse (negative) voltage equal to the voltage drop across the corresponding counter-parallel diode 9, 12 is applied to the switched-off controlled valves 5, 8 , and controlled valves 5, 8 can restore their control properties (when using single-operation valves). By the time the anti-parallel diodes 9, 12 are turned off, the second half-period interval ends. Then, after a pause interval (the third half-period interval), leading relative to the moment the instantaneous voltage value across the compensating capacitor 31 passes through zero, the controlled valves 6, 7 are turned on. The compensating capacitor 31 is charged at a specified time with a conditionally positive polarity (positive potential on the lower circuit capacitor 31) voltage and vibrationally recharges to a voltage of opposite polarity (negative potential at the bottom of the circuit of the capacitor 31). From the moment the controlled valves 6, 7 are turned on, the first half-cycle in the operation of the inverter ends. In the second half-cycle, when controlled gates 6, 7 and counter-parallel diodes 10, 11 work, electromagnetic processes in a self-contained matched inverter with resonant switching proceed similarly, but the currents through the load circuit (31, 32) with induction heater 32 at time intervals of the second half-cycle have opposite direction. At the end of the second half-cycle, the controlled valves 5, 8 turn on again. Next, the electromagnetic processes in the inverter (a new period of the output signal) are completely repeated.
Управляемые вентили 5-8 при реализации автономного согласованного резонансного инвертора могут быть выполнены как однооперационными симметричными или не имеющими обратной блокирующей способности (тиристоры различных типов, реверсивно-включаемые динисторы, газоразрядные вентили), так и двухоперационными, то есть полностью управляемыми симметричными или несимметричными (запираемые тиристоры, транзисторы различных типов, комбинированные ключи). Двухоперационные вентили также могут быть включены только в два плеча или в одну из групп (анодную или катодную) однофазного моста инвертора. При этом в двух других плечах или другой группе однофазного моста могут быть использованы однооперационные вентили.When controlled by an autonomous matched resonant inverter, controlled valves 5–8 can be implemented as either single-operation symmetrical or without reverse blocking ability (thyristors of various types, reversibly-switched dynistors, gas-discharge valves), and two-operation, that is, fully controlled symmetric or asymmetric (lockable thyristors, transistors of various types, combination keys). Two-operation valves can also be included in only two arms or in one of the groups (anode or cathode) of a single-phase inverter bridge. Moreover, in the other two shoulders or another group of the single-phase bridge, single-operation valves can be used.
Дроссели 3, 4 фильтра могут не иметь магнитной связи, либо может быть использован один дроссель (3 или 4) фильтра и один дроссель насыщения (1 или 2). Аналогично коммутирующие дроссели 27, 28 также могут не иметь магнитной связи и может быть использован один коммутирующий дроссель (27 или 28) и один ограничительный дроссель насыщения (29 или 30). В общем случае коммутирующий дроссель (27, 28) может иметь совмещенную конструкцию с ограничительным дросселем насыщения (29, 30). Аналогичную конструкцию могут иметь дроссели 3, 4 фильтра и насыщения 1, 2. Принцип работы инвертора при этом не изменяется. Заявляемая симметричная схема обеспечивает повышенную надежность работы устройства. Ограничительные дроссели насыщения 29, 30 выполняются, например, в форме замкнутых сердечников из ферромагнитного материала с прямоугольной петлей гистерезиса, охватывающих части соединительных (отводящих) шин или кабелей устройства. Дроссели насыщения 1, 2 реализуются выполнением сердечника (сердечников) дросселей фильтра 3, 4 с переменным сечением либо одновременным применением в сердечнике (сердечниках) магнитных материалов с различной индукцией насыщения.The chokes 3, 4 of the filter may not have magnetic coupling, or one choke (3 or 4) of the filter and one saturation choke (1 or 2) can be used. Similarly, switching chokes 27, 28 may also not be magnetically coupled, and one switching choke (27 or 28) and one saturation limit choke (29 or 30) can be used. In the general case, the switching reactor (27, 28) can have a combined design with a saturation restriction reactor (29, 30). The chokes 3, 4 of the filter and saturation 1, 2 can have a similar design. The principle of the inverter does not change. The inventive symmetrical circuit provides increased reliability of the device. The saturation restriction chokes 29, 30 are performed, for example, in the form of closed cores of ferromagnetic material with a rectangular hysteresis loop, covering parts of the connecting (outlet) busbars or cables of the device. Saturation chokes 1, 2 are implemented by performing the core (s) of filter chokes 3, 4 with a variable cross section or by using magnetic materials in the core (s) with different saturation induction.
По сравнению с прототипом существенно расширяется область применения автономного согласованного инвертора с резонансной коммутацией. Инвертор может быть эффективно использован в ответственных электротехнологиях. Это достигается комплексным снижением величин токов управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов за счет использования параллельной компенсации реактивности индукционного нагревателя (нагрузки), уменьшением электрических потерь, уровней перенапряжений на управляемых вентилях и встречно-параллельных диодах, возникающих при их коммутациях, уровней электромагнитных помех, возникающих при выключении управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов, за счет работы дросселей насыщения и последовательной цепей из резистора и конденсатора, обеспечением симметричного ограничения тока источника питания инвертора при аварийных замыканиях выходных выводов инвертора на корпус нагрузки за счет дросселей фильтра и коммутирующих дросселей. Повышается устойчивость работы автономного согласованного инвертора с резонансной коммутацией и уменьшается вероятность срывов инвертирования при работе на изменяющуюся в широких пределах электротехнологическую нагрузку (индукционный нагреватель), а также сбоев в системе управления инвертора. Расширяется диапазон регулирования инвертора и диапазон возможных нагрузок. Существенно повышается помехоустойчивость системы управления инвертора. Надежность работы нового автономного согласованного инвертора с резонансной коммутацией возрастает.Compared with the prototype, the scope of application of an autonomous matched inverter with resonant switching is significantly expanded. The inverter can be effectively used in critical electrical technology. This is achieved by a comprehensive reduction in the values of the currents of controlled gates and counter-parallel diodes due to the use of parallel compensation of the reactivity of the induction heater (load), reduction of electric losses, surge levels on controlled valves and counter-parallel diodes arising from their switching, levels of electromagnetic interference arising when turning off the controlled valves and counter-parallel diodes, due to the operation of saturation chokes and series circuits from the resistor and capacitor, providing a symmetrical limitation of the current of the inverter power source in case of emergency circuits of the inverter output terminals to the load casing due to filter chokes and commuting chokes. The stability of the autonomous coordinated inverter with resonant switching is increased and the likelihood of inversion failures when working on a widely varying electrotechnological load (induction heater), as well as failures in the inverter control system, is reduced. The range of regulation of the inverter and the range of possible loads are expanding. Significantly increases the noise immunity of the inverter control system. The reliability of the new autonomous matched inverter with resonant switching increases.
Повышение надежности автономного согласованного инвертора с резонансной коммутацией оценивается по времени наработки устройства на отказ. В соответствии с экспериментальными исследованиями и экспертными оценками время наработки на отказ заявляемого инвертора может быть увеличено на 25-30%. Повышение надежности работы, как отмечено, расширяет область применения инвертора и позволяет использовать его в особо ответственных приложениях.Improving the reliability of a stand-alone matched inverter with resonant switching is estimated by the time between which the device fails. In accordance with experimental studies and expert estimates, the MTBF of the inventive inverter can be increased by 25-30%. Improving the reliability of operation, as noted, expands the scope of the inverter and allows you to use it in critical applications.
Дополнительно (по сравнению с прототипом) может быть существенно упрощена конструкция энергетической (силовой) части инвертора и снижена цена устройства за счет обеспечения возможности использования управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов со сниженными требованиями к их параметрам и более низкой ценой. Это также расширяет и область применения инвертора.Additionally (in comparison with the prototype), the design of the energy (power) part of the inverter can be significantly simplified and the price of the device can be reduced due to the possibility of using controlled valves and counter-parallel diodes with reduced requirements for their parameters and lower price. It also expands the scope of the inverter.
По сравнению с прототипом дополнительно повышается коэффициент полезного действия автономного согласованного инвертора с резонансной коммутацией за счет уменьшения коммутационных потерь энергии в управляемых вентилях и встречно-параллельных диодах (снижение уровней коммутационных перенапряжений, начальных скоростей нарастания и скоростей спада тока при включениях и выключениях управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов, рекуперация части энергии перенапряжений в нагрузку) и снижения потерь в магнитосвязанных дросселях.Compared with the prototype, the efficiency of an autonomous matched inverter with resonant switching is additionally increased by reducing switching energy losses in controlled valves and counter-parallel diodes (lowering levels of switching overvoltages, initial rise and fall rates of currents when turning on and off controlled valves and counter -parallel diodes, recovery of part of the energy of overvoltages in the load) and reduction of losses in magnetically coupled chokes .
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011107088/07A RU2449459C1 (en) | 2011-02-24 | 2011-02-24 | Stand-alone matched inverter with resonant commutation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011107088/07A RU2449459C1 (en) | 2011-02-24 | 2011-02-24 | Stand-alone matched inverter with resonant commutation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2449459C1 true RU2449459C1 (en) | 2012-04-27 |
Family
ID=46297686
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011107088/07A RU2449459C1 (en) | 2011-02-24 | 2011-02-24 | Stand-alone matched inverter with resonant commutation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2449459C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU172407U1 (en) * | 2016-12-23 | 2017-07-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича" (СПбГУТ) | CONTROLLED RESONANT CURRENT INVERTER |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1742961A1 (en) * | 1989-08-22 | 1992-06-23 | Е.М. Силкин | Frequency converter |
GB2289807A (en) * | 1994-05-24 | 1995-11-29 | Bkl Inc | Inverter for electroluminescent lamp |
RU61964U1 (en) * | 2006-11-13 | 2007-03-10 | Закрытое акционерное общество "Электроника силовая" | AUTONOMOUS AGREED RESONANCE INVERTER |
-
2011
- 2011-02-24 RU RU2011107088/07A patent/RU2449459C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1742961A1 (en) * | 1989-08-22 | 1992-06-23 | Е.М. Силкин | Frequency converter |
GB2289807A (en) * | 1994-05-24 | 1995-11-29 | Bkl Inc | Inverter for electroluminescent lamp |
RU61964U1 (en) * | 2006-11-13 | 2007-03-10 | Закрытое акционерное общество "Электроника силовая" | AUTONOMOUS AGREED RESONANCE INVERTER |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU172407U1 (en) * | 2016-12-23 | 2017-07-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича" (СПбГУТ) | CONTROLLED RESONANT CURRENT INVERTER |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4406733B2 (en) | Inverter power supply | |
Kim et al. | Dynamic voltage restorer using switching cell structured multilevel AC–AC converter | |
US20150180350A1 (en) | Resonant bidirectional converter, uninterruptible power supply apparatus, and control method | |
WO2016130757A1 (en) | Dc-dc converter | |
JP2008092745A5 (en) | ||
US20140254223A1 (en) | Method and system for a high speed soft-switching resonant converter | |
Park et al. | Automatic voltage regulator based on series voltage compensation with ac chopper | |
RU2335841C1 (en) | High-voltage dc voltage converter with filter-compensating circuit and method of controlling its output power | |
RU2341002C1 (en) | Method of inverter control | |
RU2449459C1 (en) | Stand-alone matched inverter with resonant commutation | |
Sayed et al. | Modeling and control of bidirectional isolated battery charging and discharging converter based high-frequency link transformer | |
RU2564990C2 (en) | Three-phase voltage regulator | |
RU104400U1 (en) | AUTONOMOUS AGREED INVERTER WITH RESONANT COMMUTATION | |
RU61964U1 (en) | AUTONOMOUS AGREED RESONANCE INVERTER | |
Salari et al. | A novel nine-level boost inverter with reduced structure and simple DC link capacitor control | |
RU2453976C2 (en) | Stand-alone harmonica inverter with quazi-resonance switching | |
RU90275U1 (en) | AUTONOMOUS AGREED INVERTER WITH RESONANT COMMUTATION | |
Zheng et al. | A medium-voltage motor drive based on diode-clamped modular multilevel converters | |
RU2399145C1 (en) | Converter of frequency with explicit dc link | |
RU2454782C1 (en) | Frequency converter control method | |
Mary et al. | Design of new bi-directional three phase parallel resonant high frequency AC link converter | |
Kumar et al. | A Novel Single Source Bridgeless Nine-Level Switched-Capacitor-based Quadruple Boost Inverter with Reduced Voltage Stress | |
RU2398346C1 (en) | Autonomous matched inverter with quasi-resonant commutation and method for control of autonomous matched inverter with quasi-resonant commutation | |
RU89307U1 (en) | INDEPENDENT VOLTAGE INVERTER WITH QUASI-RESONANCE COMMUTATION | |
RU2394347C1 (en) | Thyristor frequency converter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130225 |