преобразователь переменного тока для питания индуктора

Формула изобретения

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ДЛЯ ПИТАНИЯ ИНДУКТОРА, содержащий однофазный мостовой выпрямитель на диодах, входные выводы которого подключены к входным выводам преобразователя, и однофазный мостовой инвертор с блоком управления на транзисторах, зашунтированных коммутирующими конденсаторами, к выходным выводам которого подключен индуктор, выходные выводы блока управления соединены с управляющими электродами транзисторов, отличающийся тем, что транзисторы зашунтированы дополнительными диодами, к входным выводам инвертора подключен конденсатор фильтра, введены два магнитосвязанных дросселя фильтра, входные выводы инвертора подключены к выходным выводам выпрямителя через дроссели, введены два датчика напряжения на транзисторах одноименной группы, блок управления выполнен содержащим задающий генератор, делитель частоты, первую ключевую схему и первый выходной каскад, соединенные последовательно, первый и второй триггеры Шмитта, вторую ключевую схему и второй выходной каскад, выходы первого выходного каскада соединены с первым и вторым выводами блока управления, выход первого датчика напряжения соединен с входом первого триггера Шмитта, выход которого соединен с вторым входом первой ключевой схемы, второй выход делителя частоты соединен с первым входом второй ключевой схемы, вывод которой соединен с входом второго выходного каскада, выходы которого соединены с третьим и четвертым выводами блока управления, выход второго датчика напряжения соединен с входом второго триггера Шмитта, выход которого соединен с вторым входом второй ключевой схемы.

Описание изобретения к патенту

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

Известен преобразователь переменного тока для питания индуктора, содержащий однофазный мостовой выпрямитель на диодах, входные выводы которого подключены к входным выводам преобразователя, и однофазный мостовой инвертор с блоком управления на транзисторах, зашунти- рованных конденсаторами, к выходным выводам которого подключен индуктор, коммутирующие конденсаторы, включенные по схеме моста, общие точки соединения конденсаторов подключены к выходным выводам инвертора, выходные выводы блока, управления соединены с управляющими электродами транзисторов [1]

Недостатком преобразователя переменного тока для питания индуктора является низкая надежность его работы из-за повышенных уровней напряжений, токов, коммутационных потерь в транзисторах и возможного протекания через них сквозных токов от источника питания.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является преобразователь переменного тока для питания индуктора, содержащий однофазный мостовой выпрямитель на диодах, входные выводы которого подключены к входным выводам преобразователя, и однофазный мостовой инвертор с блоком управления на транзисторах, зашунтированных коммутирующими конденсаторами, к входным выводам которого подключен индуктор, выходные выводы блока управления соединены с управляющими электродами транзисторов [2]

Недостатком прототипа является низкая надежность его работы из-за повышенных уровней напряжений, токов, коммутационных потерь в транзисторах и возможного протекания через них сквозных токов от источника питания.

Цель изобретения повышение надежности преобразователя переменного тока для питания индуктора.

Это достигается тем, что в преобразователе переменного тока для питания индуктора, содержащем однофазный мостовой выпрямитель на диодах, входные выводы которого подключены к входным выводам преобразователя, и однофазный мостовой инвертор с блоком управления на транзисторах, зашунтированных коммутирующими конденсаторами, к выходным выводам которого подключен индуктор, выходные выводы блока управления соединены с управляющими электродами транзисторов, транзисторы зашунтированы дополнительными диодами, к входным выводам инвертора подключен конденсатор фильтра, введены два магнитосвязанных дросселя фильтра, входные выводы инвертора подключены к выходным выводам выпрямителя через дроссели, введены два датчика напряжения на транзисторах одноименной группы, блок управления выполнен содержащим задающий генератор, делитель частоты, первую ключевую схему и первый выходной каскад, соединенные последовательно, первый и второй триггеры Шмидта, вторую ключевую схему и второй выходной каскад, выходы первого выходного каскада соединены с первым и вторым выводами блока управления, выход первого датчика напряжения соединен с входом первого триггера Шмидта, выход которого соединен с вторым входом первой ключевой схемы, второй выход делителя частоты соединен с первым входом второй ключевой схемы, выход которой соединен с входом второго выходного каскада, выходы которого соединены с третьим и четвертым выводами блока управления, выход второго датчика напряжения соединен с входом второго триггера Шмидта, выход которого соединен с вторым входом второй ключевой схемы.

На чертеже приведена схема преобразователя переменного тока для питания индуктора.

Преобразователь переменного тока содержит однофазный мостовой выпрямитель на четырех диодах 1-4, входные выводы которого подключены к входным выводам преобразователя, и однофазный мостовой инвертор с блоком управления на четырех транзисторах 5-8, зашунтированных коммутирующими конденсаторами 9-12, к выходным выводам которого подключен индуктор 13, выходные выводы блока управления соединены с управляющими электродами транзисторов, диоды 14-17, подключенные встречно-параллельно транзисторам, к входным выводам инвертора подключен конденсатор фильтра 18, два магнитосвязанных дросселя фильтра 19, 20, входные выводы инвертора подключены к выходным выводам выпрямителя через дроссели, два датчика напряжения на транзисторах одноименной группы 21, 22, задающий генератор 23, делитель частоты 24, первую ключевую схему 25 и первый выходной каскад 26, соединенные последовательно, первый и второй триггеры Шмидта 27, 28, вторую ключевую схему 29 и второй выходной каскад 30.

Выходы первого выходного каскада соединены с первым и вторым выводами блока управления, выход первого датчика напряжения соединен с входом первого триггера Шмидта, выход которого соединен с вторым входом первой ключевой схемы, второй выход делителя частоты соединен с первым входом второй ключевой схемы, выход которой соединен с входом второго выходного каскада, выходы которого соединены с третьим и четвертым выводами блока управления, выход второго датчика напряжения соединен с входом второго триггера Шмидта, выход которого соединен с вторым входом второй ключевой схемы.

Преобразователь переменного тока для питания индуктора работает следующим образом. Транзисторы диагоналей моста инвертора 5, 8 и 6, 7 включаются поочередно.

За цикл работы транзисторов 5-8 и диодов 14-17 в индукторе 13 формируется полный период выходного переменного напряжения.

При отпирании транзисторов 5, 8 напряжение на коммутирующих конденсаторах 9, 12 равно нулю, транзисторы 6, 7 закрыты, ток протекает через диоды 14, 17 по цепям: 13-14-18-17-13; 13-14-11-13; 13-10-17-13. Ток в контурах поддерживается за счет энергии, накопленной в электромагнитном поле индуктора 13 на предыдущем интервале работы. Конденсаторы 10, 11 заряжены до напряжения на конденсаторе фильтра 18. По окончании заданного интервала времени ток через индуктор 13 изменяет направление на противоположное. Указанный ток поддерживается энергией разряда конденсатора фильтра 18 по цепи: 18-5-13-8-18. На указанном интервале времени диоды 14-17 закрыты. После запирания транзисторов 5, 8 транзисторы 6, 7 также остаются закрытыми. При этом ток начинает протекать по цепям: 13-11-9-13; 13-12-10-13. Конденсаторы 10, 11 разряжаются, а конденсаторы 9, 12 заряжаются до напряжения на конденсаторе фильтра 18. При равенстве напряжения на конденсаторах 10, 11 нулю включаются диоды 15, 16. После включения диодов 15, 16 включаются транзисторы 6, 7. Далее электромагнитные процессы в преобразователе повторяются.

Заряд конденсатора 18 осуществляется от источника питания через дроссели фильтра 19, 20 и диоды выпрямителя 1-4.

Импульсы управления транзисторами формируются задающим генератором 23. Делитель частоты 24 обеспечивает распределение импульсов управления по каналам блока управления. Очередной импульс управления транзистором формируется при нулевом напряжении на нем. Напряжения измеряются датчиками 21, 22. Триггеры Шмидта 27, 28 отключают выходы делителя частоты 24 от входов выходных каскадов 26, 30 путем запирания ключевых схем 25, 29 при наличии напряжения на соответствующих транзисторах.

Реализация узлов блока управления является стандартной. По сравнению с прототипом предлагаемый преобразователь переменного тока для питания индуктора имеет более высокую надежность работы. Снижены загрузка транзисторов по току, коммутационные потери (коммутации полупроводниковых приборов происходят при нулевом напряжении), уровни напряжений на транзисторах и уменьшена вероятность возникновения сквозных токов через полупроводниковые приборы. Пауза в работе транзисторов инвертора является регулируемой, что обеспечивает адаптацию к изменяющейся нагрузке и дополнительно снижает вероятность возникновения сквозных токов. Дроссели фильтра ограничивают токи через транзисторы инвертора и обеспечивают совместно с конденсатором фильтра более равномерную загрузку транзисторов на периоде питания напряжения.

Повышение надежности оценивается по увеличению времени наработки на отказ. По экспертным оценкам, результатом экспериментальных исследований и опытной эксплуатации время наработки на отказ преобразователя переменного тока на основе предложенной схемы может быть увеличено в 1,3-1,5 раза (с 1000 до 1300-1500 ч).