преобразователь постоянного напряжения в переменное высокой частоты

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения в переменное, содержащий тиристорный ключ с встречно-параллельно включенным диодом, колебательный контур коммутации, подключенный параллельно тиристорному ключу, трансформатор, первичная обмотка которого подключена последовательно в цепь колебательного контура, а его вторичная обмотка соединена с нагрузкой, и демпфирующую R-C цепь, при этом управляющий переход тиристорного ключа связан с выходом формирователя импульсов тока управления, отличающийся тем, что введены конденсатор фильтра, включенный между входными выводами преобразователя и тиристор, включенный между входным выводом и тиристорным ключом, через который протекает импульс тока заряда конденсатора колебательного контура от напряжения источника питания, а демпфирующая R-C цепь соединена с анодом и катодом тиристорного ключа, а также связана с управляющим переходом тиристора через элемент гальванической развязки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области полупроводниковых преобразователей и предназначено для питания различных технологических устройств.

Известны силовые полупроводниковые преобразователи постоянного напряжения в переменное, содержащие автономные инверторы напряжения, выполненные на тиристорах, в которых коммутация тока тиристоров осуществляется колебательным контуром, подключенным либо параллельно тиристору и диоду, соединенным встречно-параллельно /1/, либо на выходе инвертора напряжения /2/.

Недостатком таких преобразователей является резкое уменьшение амплитуды импульса тока колебательного контура коммутации при частотном регулировании напряжения на выходе при сохранении тока нагрузки на заданном уровне. Это обстоятельство ограничивает диапазон регулирования напряжения на нагрузке и обуславливает увеличение установленной мощности оборудования и снижение его коэффициента полезного действия.

Указанные недостатки тиристорных преобразователей устранены благодаря введению в цепь входа последовательно с реактором или первичной обмоткой трансформатора диода прямой проводимости /3/ (прототип).

Однако при этом сохраняется наличие в схеме реактора, рассчитанного на полный рабочий ток, а его индуктивность должна быть достаточной для ограничения переменной составляющей тока на входе на заданном уровне.

Целью изобретения является устранение указанного недостатка.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что предлагаемый преобразователь, выполненный на основе тиристорного ключа с диодом встречного включения и колебательным контуром коммутации, подключенным параллельно диоду и тиристору, управляющий переход которого соединен с выходом формирователя тактовых импульсов управления, дополнительно в цепь между входным выводом и тиристорным ключом введен конденсатор фильтра и тиристор, управляющий переход которого через элемент гальванической развязки, резистор и конденсатор связан с анодом тиристора указанного ключа.

Благодаря предлагаемому решению поставленной задачи обеспечивается наибольшая амплитуда импульса тока в цепи контура коммутации, исключается ее зависимость от частоты инвертирования, импульс тока управления для включения дополнительного тиристора формируется только после завершения интервала проводимости тиристорного ключа и сокращается количество силовых реактивных элементов.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема одного из вариантов выполнения предлагаемого преобразователя, а на фиг.2 - диаграммы напряжения и тока в цепи колебательного контура, иллюстрирующие работу преобразователя.

Предлагаемый преобразователь содержит тиристорный ключ, включающий тиристор 1, встречный диод 2, колебательный контур, образованный реактором 3 и конденсатором 4, трансформатор 5, первичная обмотка которого подключена последовательно в цепь указанного контура, а вторичная обмотка - к нагрузке 6, демпфирующая RC цепь 7, соединенная с анодом и катодом тиристора 1 через элемент гальванической развязки 8, конденсатор фильтра 9 и формирователь импульсов тока управления 10. Дополнительно введен тиристор 11, управляющий переход которого связан с указанной демпфирующей RC цепью через элемент гальванической развязки 8.

В исходном состоянии конденсаторы 4, 9 заряжены от напряжения источника питания (фиг.2).

В момент времени t₁ в цепь управляющего перехода тиристора 1 поступает короткий импульс тока i_у1, генерируемый формирователем 10, происходит включение указанного тиристора и в цепи колебательного контура протекает импульс тока i_к, который через трансформатор 5 передается в цепь нагрузки 6. При этом ток колебательного контура и напряжение U_с на конденсаторе 4 изменяются по синусоидальному закону.

В момент времени t₂ ток колебательного контура изменяет направление и переходит в цепь встречного диода 2. При этом начинается процесс восстановления управляемости тиристора 1.

В момент времени t₃ завершается период колебаний контура и происходит выключение диода 2.

В интервале t₁-t₃ в процессе протекания тока колебательного контура i_к1 большая часть энергии, запасенной в конденсаторе 4, через трансформатор 5 передается нагрузке 6.

В переходном режиме выключения диода 2 напряжение U_v на тиристоре и диоде ключа резко увеличивается и формируется короткий импульс тока i_у2 длительностью, равной времени разряда конденсатора демпфирующей RC цепи. Указанный импульс тока благодаря связи управляющего перехода тиристора 11 через элемент гальванической развязки 8 обеспечивает его четкое включение. При этом в контуре, содержащем реактор 3, конденсаторы 4 и 9 и тиристор 11, протекает импульс тока i подзаряда конденсатора 4. При этом его амплитуда с достаточной точностью может быть определена по формуле:



где U_вх- напряжение на конденсаторе фильтра 9;

U_c2- напряжение на конденсаторе 4 колебательного контуры в момент включения тиристора 11:

L, С - индуктивность реактора 3 и емкость конденсатора 4 колебательного контура.

В момент времени t₄ импульс тока i_к2 становится равным 0 и происходит выключение тиристора 11. В указанный момент времени напряжение на конденсаторе 4 благодаря колебательному характеру электромагнитных процессов в схеме становится большим напряжением на конденсаторе 8 и практически постоянным до момента включения тиристора 1.

В момент времени t₅ происходит формирование импульса тока i_у1, обеспечивающего повторное включение тиристора 1 и протекание импульса тока i_к1. При этом электромагнитные процессы в предлагаемом устройстве будут происходить аналогично процессам в интервале t₁-t₄.

Таким образом, предлагаемое решение поставленной задачи обеспечивает улучшение массогабаритных показателей преобразователей, расширение частотного диапазона формируемых колебаний и более полное использование установленного оборудования, особенно в случаях питания устройств индукционного нагрева и аппаратов испытания высоковольтной изоляции.

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ

1. Л.Г. Кощеев. Полупроводниковый преобразователь ультразвуковой частоты // Преобразовательная техника, 1977, вып. 2 (85).

2. Авторское свидетельство СССР 172394. Параллельный инвертор / Л.Г. Кощеев/ Бюллетень изобретений, 1965, 13.

3. Однотактный тиристорный преобразователь постоянного напряжения в переменное. Заявка на выдачу патента на изобретение 2000108410, 4 апреля 2000 г. / Л.Г. Кощеев.