Способ снижения потерь в инверторе напряжения

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразователях электроэнергии, в которых потребителем энергии является параллельный колебательный контур, например в транзисторных генераторах индукционного нагрева. Техническим результатом изобретения является снижение потерь в ключах инвертора напряжения, работающего в режиме индуктивной расстройки на последовательно соединенные энергопотребляющий параллельный колебательный контур и согласующий последовательный колебательный контур. Технический результат по предлагаемому способу достигается тем, что коммутацию ключей инвертора напряжения осуществляют при нулевом напряжении путем подсоединения параллельно каждому ключу конденсатора, подбора элементов согласующего последовательного колебательного контура и применения специального алгоритма управления ключами инвертора: выключение упомянутых ключей производят через определенный промежуток времени после прохождения через ноль интеграла от напряжения на энергопотребляющем параллельном колебательном контуре, причем упомянутый промежуток времени задают исходя из условия поддержания заданного значения сдвига по фазе между интегралом от тока согласующего последовательного колебательного контура и напряжением на энергопотребляющем параллельном колебательном контуре, включение ключей инвертора производят при достижении на них нулевого напряжения. 2 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразователях электроэнергии, в которых потребителем энергии является параллельный колебательный контур, например в транзисторных генераторах индукционного нагрева.

Питание энергопотребляющего параллельного колебательного контура с помощью инвертора напряжения является достаточно сложной задачей: обычно требуется согласование выхода инвертора напряжения и упомянутого контура. Для этого применяют дополнительные реактивные элементы, нагрузка становится многоконтурной, что приводит к появлению дополнительных резонансных частот, работа на которых не допустима. Одновременно необходимо решать задачу формирования требуемой рабочей траектории ключей инвертора напряжения с точки зрения минимизации динамических потерь и оптимизации формы тока указанных ключей с точки зрения минимизации статических потерь.

При работе инвертора напряжения в режиме емкостной расстройки динамические потери в ключах будут определяться потерями при включении последних. Надежных простых схем минимизации указанных потерь не существует. Поэтому рассматриваемый в настоящем патенте инвертор напряжения работает при индуктивной расстройке.

Известен способ питания энергопотребляющего параллельного колебательного контура в установках индукционного нагрева [1], выбранный в качестве аналога, основанный на сочетании непосредственного подсоединения индуктора к выходу инвертора напряжения с шунтированием ключей инвертора напряжения конденсаторами, выполняющими роль конденсаторов упомянутого контура. Это дает фактически нулевые динамические потери, что является преимуществом данного способа.

Недостатком является большой коэффициент амплитуды тока ключей инвертора напряжения, что является источником завышенных статических потерь.

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа [2], (фиг.2), является способ снижения потерь в инверторе напряжения, заключающийся в использовании согласующего последовательного колебательного контура, подсоединенного между выходом инвертора напряжения и энергопотребляющим параллельным колебательным контуром, выборе более экономного с точки зрения потерь на включение или выключение ключей инвертора напряжения режима работы: индуктивной или емкостной расстройки и применении более быстрых и точных цепей управления.

Преимуществом указанного способа является снижение статических и части динамических потерь в ключах инвертора напряжения.

Недостатком является неполное снижение динамических потерь в ключах инвертора напряжения: остается «жесткая» коммутация ключей один раз за период - при включении или при выключении ключей в зависимости от типа расстройки.

Техническим результатом изобретения является снижение потерь в ключах инвертора напряжения, работающего в режиме индуктивной расстройки на последовательно соединенные энергопотребляющий параллельный колебательный контур и согласующий последовательный колебательный контур.

Технический результат по предлагаемому способу достигается тем, что коммутацию ключей инвертора напряжения осуществляют при нулевом напряжении путем подсоединения параллельно каждому ключу конденсатора, подбора элементов согласующего последовательного колебательного контура и применения специального алгоритма управления ключами инвертора: выключение упомянутых ключей производят через определенный промежуток времени после прохождения через ноль интеграла от напряжения на энергопотребляющем параллельном колебательном контуре, причем упомянутый промежуток времени задают исходя из условия поддержания заданного значения сдвига по фазе между интегралом от тока согласующего последовательного колебательного контура и напряжением на энергопотребляющем параллельном колебательном контуре, включение ключей инвертора производят при достижении на них нулевого напряжения.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 представлена структурная силовая схема устройства на основе полномостового инвертора напряжения для реализации предлагаемого способа.

Схема устройства-прототипа [2] отличается от приведенной на фиг.1 отсутствием конденсаторов, подсоединенных параллельно ключам инвертора напряжения.

На фиг.2 представлены результаты численных расчетов работы устройства, представленного на фиг.1.

Устройство для реализации способа содержит инвертор напряжения 1, который питается от источника постоянного напряжения 2, ключи 3-6 инвертора напряжения 1 зашунтированы обратными диодами 7-10 и конденсаторами 11-14, к выходу инвертора напряжения 1 подключены последовательно соединенные энергопотребляющий параллельный колебательный контур 15 и согласующий последовательный колебательный контур 16, причем контур 15 состоит из параллельно соединенных между собой индуктивного элемента 17, например, индуктора, и конденсатора 18, а контур 16 состоит из последовательно соединенных дросселя 19 и конденсатора 20.

Система управления согласно предложенному алгоритму определяет момент времени tвыкл выключения включенных ключей 3, 6 (4, 5) инвертора напряжения 1. После указанного момента времени напряжение на ключах 3, 6 (4, 5) нарастает плавно за счет перехода тока дросселя 19 из ключей 3, 6 (4, 5) в конденсаторы 11-14, причем спад тока в ключах 3, 6 (4, 5) успевает произойти еще при незначительном напряжении на них, что позволяет снизить динамические потери при выключении упомянутых ключей 3, 6 (4, 5), то есть реализовать так называемое «выключение при нулевом напряжении».

К моменту tвкл заканчивается полная перезарядка конденсаторов 11-14, то есть напряжение на подлежащих включению ключах 4, 5 (3, 6) инвертора напряжения 1 становится близким к нулю. Поэтому включение ключей 4, 5 (3, 6) сразу после момента tвкл сопровождается нулевыми динамическими потерями, что позволяет реализовать так называемое «включение при нулевом напряжении». Указанный процесс может произойти лишь в том случае, если указанная перезарядка конденсаторов 11-14 закончится раньше, чем достигнет нуля ток дросселя 19 в момент времени tкритич, иначе напряжение на ключах 4, 5 (3, 6), подлежащих включению, не достигнет ноля и будет снова нарастать. Выполнение этого условия и обеспечивает упомянутый специальный алгоритм.

Снижение статических потерь на ключах 3-6 инвертора напряжения 1 обеспечивают за счет того, что при подобранных элементах контура 16 и используемом упомянутом алгоритме управления выходной ток инвертора напряжения 1 близок по форме и фазе к напряжению на контуре 15.

Анализ известных технических решений показал, что предложенный способ снижения потерь в инверторе напряжения проявляет новые свойства, заключающиеся в снижении потерь в ключах инвертора напряжения.

Литература

1. Патент 2061292, Россия, МКИ Н02М 5/44. Способ управления преобразователем частоты. / Силкин Е.М. - Заявл. 22.09.92, опубл. 27.05.1996. - Бюл. №15.

2. Патент 2183379, Россия, МКИ Н02М 7/523. Устройство управления для инвертора напряжения. / Кузнецов А.В. - Заявл. 26.12.2000. Опубл. 10.06.2002. - Бюл. №16.

Способ снижения потерь в инверторе напряжения, работающего в режиме индуктивной расстройки на последовательно соединенные энергопотребляющий параллельный колебательный контур и согласующий последовательный колебательный контур, отличающийся тем, что коммутацию ключей инвертора напряжения осуществляют при нулевом напряжении путем подсоединения параллельно каждому ключу конденсатора, подбора элементов согласующего последовательного колебательного контура и применения специального алгоритма управления ключами инвертора: выключение упомянутых ключей производят через определенный промежуток времени после прохождения через ноль интеграла от напряжения на энергопотребляющем параллельном колебательном контуре, причем упомянутый промежуток времени задают исходя из условия поддержания заданного значения сдвига по фазе между интегралом от тока согласующего последовательного колебательного контура и напряжением на энергопотребляющем параллельном колебательном контуре, включение ключей инвертора производят при достижении на них нулевого напряжения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в источниках питания для установок индукционного нагрева. .

Изобретение относится к балластным цепям, или цепям снабжения энергией, для газоразрядных ламп, использующих регенеративные схемы отпирания затвора для управления парой последовательно включенных выключателей преобразователя постоянного тока в переменный ток.

Инвертор // 2189689
Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано для индукционного нагрева металлов. .

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам и способу возбуждения электрической дуги, и может найти применение в сварочном производстве. .

Изобретение относится к частотно-модулированному преобразователю с последовательно-параллельным резонансом, в частности, для питания любых омических или индуктивных нагрузок, включая газоразрядные трубки, где коммутативные переключатели в форме транзисторов последовательно подключены между отрицательным электродом источника постоянного тока и первым выводом индуктора, где схема импульсного генератора предусмотрена между источником напряжения и управляющим электродом транзистора, и где второй вывод индуктора соединен с первичной обмоткой трансформатора.

Изобретение относится к импульсному блоку питания самовозбуждающегося типа с функцией защиты от перегрузки по току. .

Изобретение относится к блоку питания, который содержит автоколебательный преобразователь последовательного резонанса и который функционирует для запитки нагрузки, например, электрической лампы, зарядного устройства, аккумулятора и/или электронного оборудования, при этом преобразователь последовательного резонанса содержит два взаимно подключенных транзистора, каждый из которых возбуждается посредством управляющего трансформатора, и последовательно соединенные катушку индуктивности и конденсатор, при этом каждый транзистор и соответствующий последовательно соединенный емкостный делитель напряжения, принадлежащий этому транзистору, и/или дополнительный транзистор соединены параллельно с упомянутыми катушкой индуктивности, конденсатором и управляющим трансформатором, а нагрузка включена параллельно конденсатору.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропитания и электропривода. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания и преобразовательной технике

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания

Изобретение относится к автоколебательной инверторной схеме, предпочтительно с биполярными транзисторами в полумостовой схеме, с трансформатором в качестве средств обратной связи

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в индукционных плавильных комплексах для плавки черных и цветных металлов и сплавов

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в индукционных плавильных комплексах для плавки черных и цветных металлов и сплавов

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания и преобразовательной технике

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания и преобразовательной технике

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

Изобретение относится к электротехнике, в частности к однофазным инверторам напряжения. Однофазный инвертор напряжения содержит систему управления, транзисторный полумост, дополнительные два транзистора, два диода, два дросселя и два конденсатора, что позволяет реализовать изменение частоты, фазы и уровень действующего значения выходного напряжения как ниже, так и выше уровня, определяемого напряжением первичного источника постоянного напряжения. Технический результат состоит в улучшении массогабаритных и энергетических характеристик преобразователя со стабилизацией выходного напряжения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх