RU2293431C1 - Transformer of alternating voltage to alternating voltage - Google Patents

Abstract

FIELD: electronics, possible use in technological processes for inductive heating in particular.

SUBSTANCE: transformer of alternating voltage to alternating voltage contains rectifier, smoothing filter, active inverter of voltage on keys with two-sided conductance and inducer. Smoothing filter is connected to output of rectifier, input of inverter is connected to output of smoothing filter, and inducer is connected to output of inverter. For improvement of mass-dimensional characteristics of transformer as whole and improving possible adjustment of output power of transformer due to active transformer, introduced additionally to device are compensating inverter of voltage on keys with two-sided conductance and compensating filter. Compensating filter is connected to input of compensating inverter, while output chain of compensating inverter, connected serially with inducer, is connected to output of active inverter.

EFFECT: increased efficiency.

2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к полупроводниковым преобразователям электрической энергии, предназначенным для преобразования переменного напряжения в высокочастотное переменное и могут быть использованы в технологических процессах, в частности, для индуктивного нагрева.The present invention relates to semiconductor converters of electrical energy intended for converting AC voltage to high frequency variable and can be used in technological processes, in particular, for inductive heating.

Известен преобразователь переменного напряжения в переменное («Экономика в электроэнергетике и энергосбережении посредством рационального использования электротехнологий», стр.208, Санкт-Петербург: Энергоатомиздат. 1998 г.), который содержит источник постоянного напряжения (выпрямитель, фильтр), параллельный инвертор с компенсирующим конденсатором, включенным параллельно индуктору и компенсирующим индуктивную составляющую тока индуктора.A known AC-to-AC converter (“Economics in the electric power industry and energy saving through the rational use of electrical technologies”, p. 208, St. Petersburg: Energoatomizdat. 1998), which contains a constant voltage source (rectifier, filter), a parallel inverter with a compensating capacitor connected in parallel to the inductor and compensating the inductive component of the current of the inductor.

Поскольку в реальных индукторах низкий cosφ, примерно равный 0,05÷0,07, то величина емкости данного конденсатора довольно большая, а соответственно высокая стоимость и значительные габариты преобразователя в целом.Since in real inductors low cosφ is approximately equal to 0.05 ÷ 0.07, the value of the capacitance of this capacitor is quite large, and therefore the high cost and significant dimensions of the converter as a whole.

Кроме того, известен преобразователь переменного напряжения в переменное (Справочник по преобразовательной технике. Под редакцией И.М.Чиженко, Техника, 1978, стр.102) является прототипом, содержащий выпрямитель, сглаживающий фильтр, однофазную схему инвертора на ключах с двухсторонней проводимостью, индуктор, конденсатор, при этом сглаживающий фильтр подключен к выходу выпрямителя, вход инвертора подключен к выходу фильтра, а к выходу инвертора подключен индуктор, параллельно которому подключен конденсатор. Конденсатор предназначен для компенсации индуктивной составляющей тока нагрузки. Полная компенсация наступает при равенстве напряжений на индуктивности индуктора и компенсирующего конденсатора.In addition, an AC-to-AC converter is known (Handbook of converter technology. Edited by I.M. Chizhenko, Technika, 1978, p. 102). It is a prototype containing a rectifier, a smoothing filter, a single-phase inverter circuit with two-way conductivity switches, an inductor , a capacitor, while the smoothing filter is connected to the output of the rectifier, the input of the inverter is connected to the output of the filter, and an inductor is connected to the output of the inverter, in parallel with which a capacitor is connected. The capacitor is designed to compensate for the inductive component of the load current. Full compensation occurs when the voltages at the inductors of the inductor and the compensating capacitor are equal.

Недостатком этой схемы является то, что величина напряжения на индуктивности индуктора зависит от соотношения активного сопротивления R_и и индуктивности L_и индуктора и может быть больше напряжения на R_и в 5÷10 раз, что приводит к увеличению массогабаритных показателей преобразователя в целом.The disadvantage of this circuit is that the magnitude of the voltage at the inductance of the inductor depends on the ratio of the active resistance R _{and the} inductance L _{and the} inductor and can be more than the voltage at R _and 5 ÷ 10 times, which leads to an increase in the overall dimensions of the converter.

Задачей предлагаемого изобретения является создание преобразователя переменного напряжения в переменное с улучшенными массогабаритными показателями.The objective of the invention is the creation of an AC-to-AC converter with improved overall dimensions.

Поставленная задача достигается тем, что в преобразователь переменного напряжения в переменное, содержащий выпрямитель, сглаживающий фильтр, активный инвертор напряжения на ключах с двухсторонней проводимостью и индуктор, при этом сглаживающий фильтр включен на выход выпрямителя, вход инвертора подключен к выходу сглаживающего фильтра, а к выходу инвертора подключен индуктор, введены дополнительно компенсирующий инвертор напряжения на ключах с двухсторонней проводимостью и компенсирующий фильтр, причем компенсирующий фильтр подключен к входу компенсирующего инвертора, а выходная цепь компенсирующего инвертора, соединенная последовательно с индуктором, подключена к выходу активного инвертора.This object is achieved by the fact that in the AC-to-AC converter, containing a rectifier, a smoothing filter, an active voltage inverter on the keys with two-sided conductivity and an inductor, while the smoothing filter is connected to the rectifier output, the inverter input is connected to the output of the smoothing filter, and to the output an inductor is connected to the inverter, an additional compensating voltage inverter with two-way conductivity switches and a compensating filter are introduced, and the compensating filter is connected chen compensating inverter to the input and the output compensating circuit of the inverter connected in series with an inductor connected to the output of the active inverter.

На Фиг.1 приведена схема предлагаемого преобразователя; на Фиг.2 - его векторная диаграмма.Figure 1 shows a diagram of the proposed Converter; figure 2 is its vector diagram.

Преобразователь переменного напряжения в переменное (Фиг.1) содержит выпрямитель 1, выполненный, например, на диодах 3-7 по мостовой схеме, сглаживающий фильтр 8, выполненный на емкости 9 и подключенный к выходным зажимам выпрямителя 1, активный инвертор 10, выполненный, например, по однофазной мостовой схеме на ключах 11-14, вход которого соединен с сглаживающим фильтром, а на выход подключены последовательно соединенные индуктор 15 и выход компенсирующего инвертора 16, собранного, например, по однофазной мостовой схеме на ключах на ключах 17-20, к входу которого подключен компенсирующий фильтр 21, выполненный на емкости 22.The AC-to-AC converter (FIG. 1) comprises a rectifier 1, made, for example, on diodes 3-7 according to a bridge circuit, a smoothing filter 8, made on the capacitance 9 and connected to the output terminals of the rectifier 1, an active inverter 10, made, for example , according to a single-phase bridge circuit on keys 11-14, the input of which is connected to a smoothing filter, and the output is connected in series to the inductor 15 and the output of the compensating inverter 16, assembled, for example, on a single-phase bridge circuit on keys on the keys 17-20, to input one of which is connected to the compensating filter 21, made on the tank 22.

Устройство работает следующим образом. Входное трехфазное переменное напряжение преобразуется неуправляемым выпрямителем 1 в постоянное, на выходе которого включен сглаживающий фильтр 8, необходимый для обеспечения протекания обратного тока активного инвертора 10, выполненного, например, на полностью управляемых ключах 11-14 с двусторонней проводимостью. Под полностью управляемым ключом с двусторонней проводимостью понимается ключ, выполненный на транзисторе с антипараллельным включением диода. Кривая выходного напряжения активного инвертора 10 формируется, например, методом синусоидальной широтно-импульсной модуляции, которое поступает на индуктор 15 и последовательно включенный с ним компенсирующий инвертор 16 (собранный, например, по аналогичной схеме, как и активный инвертор 10 на ключах 17-20).The device operates as follows. The input three-phase alternating voltage is converted by an uncontrolled rectifier 1 into a constant, at the output of which a smoothing filter 8 is included, which is necessary to ensure the reverse current of the active inverter 10, for example, made on fully controlled keys 11-14 with two-sided conductivity. By a fully controlled key with two-sided conductivity is meant a key made on a transistor with antiparallel switching of the diode. The output voltage curve of the active inverter 10 is formed, for example, by a sinusoidal pulse-width modulation method, which is fed to the inductor 15 and the compensating inverter 16 connected in series with it (assembled, for example, in the same way as the active inverter 10 on the keys 17-20) .

Кривая выходного напряжения компенсирующего инвертора 16 формируется (например, с помощью синусоидальной ШИМ) с фазой, отстающей от тока индуктора 15 на четверть периода выходного напряжения инвертора, как показано на векторной диаграмме фиг.2,The output voltage curve of the compensating inverter 16 is formed (for example, using a sinusoidal PWM) with a phase lagging from the current of the inductor 15 by a quarter of the period of the output voltage of the inverter, as shown in the vector diagram of figure 2,

где I_и - ток индуктора,where I _and - the inductor current,

U_Rи - активная составляющая падения напряжение на индукторе,U _Rи - the active component of the voltage drop across the inductor,

U_Lи - индуктивная составляющая падения напряжения на индукторе,U _Lи - inductive component of the voltage drop across the inductor,

U_и - результирующее напряжение на индукторе,U _and - the resulting voltage at the inductor,

U_инв10 - выходное напряжение активного инвертора 10,U _inv10 - output voltage of the active inverter 10,

U_инв16 - выходное напряжение компенсирующего инвертора 16.U _inv16 - output voltage of the compensating inverter 16.

Величина выходного напряжения компенсирующего инвертора 16 должна равняться U_Lи и тогда активный инвертор 10 будет нагружен только активным током, совпадающим по фазе с выходным напряжением активного инвертора 10-U_инв10. Таким образом,The value of the output voltage of the compensating inverter 16 should be equal to U _L and then the active inverter 10 will be loaded only with an active current that coincides in phase with the output voltage of the active inverter 10-U _inv10 . In this way,

U_инв16=I_и·X_Lи,U _inv16 = I _and · X _L ,

где X_Lи - индуктивное сопротивление индуктора,where X _Lи - inductive resistance of the inductor,

где Р_и - активная мощность в индукторе, R_и - активное сопротивление индуктора.where P _and is the active power in the inductor, R _and is the active resistance of the inductor.

Иначе говоря, введенный последовательно с индуктором компенсирующий инвертор (емкостного тока) выполняет функцию регулируемого конденсатора квазиколебательной цепи результирующей нагрузки активного инвертора.In other words, a compensating inverter (capacitive current) introduced in series with the inductor performs the function of an adjustable capacitor of the quasi-oscillatory circuit of the resulting load of the active inverter.

Компенсация индуктивного падения напряжения U_Lи с помощью компенсирующего инвертора 16 позволяет исключить конденсатор колебательного контура схемы прототипа, что улучшает массогабаритные показатели предлагаемого устройства по сравнению с прототипом. Это обусловлено тем, что массогабаритные показатели транзисторного компенсирующего инвертора с компенсирующим фильтром, выполненным на электролитическом конденсаторе, лучше, чем у конденсатора колебательного контура схемы прототипа.Compensation of the inductive voltage drop U _L and using a compensating inverter 16 eliminates the capacitor of the oscillatory circuit of the prototype circuit, which improves the overall dimensions of the proposed device compared to the prototype. This is due to the fact that the overall dimensions of the transistor compensating inverter with a compensating filter made on an electrolytic capacitor are better than that of a prototype oscillator circuit capacitor.

Кроме того, дополнительно улучшаются возможности регулирования выходной мощности преобразователя за счет регулирования выходного напряжения активного инвертора 10 за счет широтно-импульсной модуляции.In addition, the ability to control the output power of the converter by improving the output voltage of the active inverter 10 due to pulse-width modulation is further improved.

Claims (1)

Преобразователь переменного напряжения в переменное, содержащий выпрямитель, сглаживающий фильтр, активный инвертор напряжения на ключах с двухсторонней проводимостью и индуктор, при этом сглаживающий фильтр подключен к выходу выпрямителя, вход активного инвертора подключен к выходу сглаживающего фильтра, отличающийся тем, что в него введены дополнительно компенсирующий инвертор напряжения на ключах с двухсторонней проводимостью и компенсирующий фильтр, причем компенсирующий фильтр подключен к входу компенсирующего инвертора, а выходная цепь компенсирующего инвертора, соединенная последовательно с индуктором, подключена к выходу активного инвертора.An AC to AC converter containing a rectifier, a smoothing filter, an active voltage inverter on keys with two-sided conductivity and an inductor, while the smoothing filter is connected to the output of the rectifier, the input of the active inverter is connected to the output of the smoothing filter, characterized in that it is additionally compensated a voltage inverter for switches with two-sided conductivity and a compensating filter, and the compensating filter is connected to the input of the compensating inverter, and in Khodnev compensating inverter circuit connected in series with an inductor connected to the output of the active inverter.

Images