RU2399168C1 - Method for generation of double-frequency current of inductor and device for generation of double-frequency current of inductor - Google Patents

Method for generation of double-frequency current of inductor and device for generation of double-frequency current of inductor Download PDF

Info

Publication number
RU2399168C1
RU2399168C1 RU2009120734/09A RU2009120734A RU2399168C1 RU 2399168 C1 RU2399168 C1 RU 2399168C1 RU 2009120734/09 A RU2009120734/09 A RU 2009120734/09A RU 2009120734 A RU2009120734 A RU 2009120734A RU 2399168 C1 RU2399168 C1 RU 2399168C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency
inverters
inductor
circuit
voltage
Prior art date
Application number
RU2009120734/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Святослав Константинович Земан (RU)
Святослав Константинович Земан
Юрий Михайлович Казанцев (RU)
Юрий Михайлович Казанцев
Александр Владимирович Осипов (RU)
Александр Владимирович Осипов
Алексей Васильевич Юшков (RU)
Алексей Васильевич Юшков
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Магнит"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Магнит" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Магнит"
Priority to RU2009120734/09A priority Critical patent/RU2399168C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2399168C1 publication Critical patent/RU2399168C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: method for generation of double-frequency output current of inductor with the help of frequency converter, generating stepped voltage, consists in summation of voltages of several inverters, in calculation of control angles of each inverter depending on specified frequency composition, and generation of signals for inverters control. Amplitude and polarity of stepped voltage levels are specified with the help of transformation ratios of multi-element matching transformer connected by their primary windings with appropriate inverters. At the same time stepped multi-level voltage is generated by adding up of voltages of secondary windings of specified transformer. Own resonant frequencies of double-frequency resonant circuit are specified as equal to frequencies of synthesised harmonics, at the same time required ratio of required amplitudes of synthesised current harmonics are specified by parametres of double-frequency resonant circuit. Device for method realisation comprises frequency converter that generates voltage with specified harmonic composition, made of several inverters, outlets of which are connected serially, and control circuit including processor and connected to inverters. Device comprises multi-element matching transformer, primary windings of which are connected to specified inverters, and secondary windings are connected serially to make circuit of voltage summation connected to double-frequency resonant circuit made by two partial circuits: loading parallel circuit tuned for frequencies of required harmonics of inductor current and made of inductor and internal compensating capacitor, and external circuit made of throttle and external compensating capacitor.
EFFECT: simplified generation of required harmonic composition of inductor current with simultaneous increase of efficiency and accuracy of required temperature field generation in load.
2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах двухчастотного индукционного нагрева с полупроводниковыми преобразователями частоты (ПЧ).The invention relates to a converter technique and can be used in dual-frequency induction heating systems with semiconductor frequency converters (IF).

В большинстве случаев своего применения индукционный нагрев основывается на применении резонансных ПЧ, производящих ток индуктора одной частоты. При этом для достижения равномерной глубины термической обработки деталей со сложной геометрией нагрев выполняется поочередно на двух разных индукторах, работающих каждый на своей частоте для разных областей обрабатываемой детали. Только недавно появились методы синтеза тока индуктора, содержащего две составляющие с заданными частотами и уровнями мощности.In most cases of its use, induction heating is based on the use of resonant frequency inverters producing an inductor current of one frequency. Moreover, in order to achieve a uniform depth of heat treatment of parts with complex geometry, heating is performed alternately on two different inductors, each operating at its own frequency for different areas of the workpiece. Only recently have methods for synthesizing an inductor current containing two components with specified frequencies and power levels.

Известен способ формирования двухчастотного тока индуктора с помощью ПЧ, содержащего выпрямитель и транзисторный инвертор (Дзлиев С.В. Принципы построения систем питания установок индукционной закалки зубчатых колес при двухчастотном нагреве // Материалы международной конференции «APIH05». С.-Петербург: Изд. СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2005, с.198, рис.10), заключающийся в поочередной генерации двух разных частот одним ПЧ. Для этого используется частотно избирательная согласующая цепь, которая обеспечивает эффективную передачу мощности в индуктор на двух рабочих частотах. Недостатком этого способа является необходимость применения сложного алгоритма управления преобразователем, и сложность проектирования согласующей цепи. Кроме того, необходима быстродействующая система фазовой автоподстройки частоты, позволяющая быстро подстраивать частоту генерации.There is a method of forming a two-frequency inductor current using an inverter containing a rectifier and a transistor inverter (Dzliev S.V. Principles for constructing power systems for induction hardening gears with two-frequency heating // Materials of the international conference "APIH05". St. Petersburg: Publishing House. St. Petersburg University of Economics and Technology “LETI”, 2005, p.198, Fig. 10), which consists in alternately generating two different frequencies with one IF. To do this, a frequency-selective matching circuit is used, which ensures efficient transmission of power to the inductor at two operating frequencies. The disadvantage of this method is the need to use a complex converter control algorithm, and the complexity of designing a matching circuit. In addition, a high-speed phase-locked loop is required, which allows you to quickly adjust the generation frequency.

Другой вариант формирования двухчастотного тока заключается в поочередной генерации двух разных частот одним квазирезонансным инвертором с двумя выходными частотами, которые создаются двумя гармониками выходного тока (Shizumasa Okudaira, Kouki Matsuse: Dual frequency output quasi-resonant for induction heating. T.IEE, vol.121-D, No.5,2001, p.564, fig.1). При этом первая и третья гармоники тока инвертора регулируются путем закорачивания набора резонансных конденсаторов. Недостатком этого способа является недостаточная универсальность схемы, которая формирует только первую и третью гармоники с равными амплитудами, хотя позволяет менять абсолютную величину генерируемых частот. Система очень сложна и содержит большое число транзисторов.Another option for generating a two-frequency current is to alternately generate two different frequencies by one quasi-resonant inverter with two output frequencies, which are created by two harmonics of the output current (Shizumasa Okudaira, Kouki Matsuse: Dual frequency output quasi-resonant for induction heating. T.IEE, vol. 121 -D, No.5,2001, p.564, fig. 1). In this case, the first and third harmonics of the inverter current are regulated by shorting the set of resonant capacitors. The disadvantage of this method is the lack of versatility of the circuit, which forms only the first and third harmonics with equal amplitudes, although it allows you to change the absolute value of the generated frequencies. The system is very complex and contains a large number of transistors.

Известен способ формирования двухчастотного тока индуктора, основанный на суммировании выходных параметров 2-х отдельных ПЧ, работающих на разных частотах (Schwenk, патент WO 1991/015935). Устройство для реализации способа содержит два последовательных резонансных инвертора, формирующих каждый свою частоту, токи которых суммируются в одном индукторе с образованием в последнем двухчастотного тока. Недостатком этого способа является наличие мощного частотного фильтра, представляющего собой индуктивность в цепи низкочастотного инвертора, препятствующую протеканию в нем высокочастотного тока.A known method of forming a two-frequency inductor current, based on a summation of the output parameters of 2 separate inverters operating at different frequencies (Schwenk, patent WO 1991/015935). A device for implementing the method contains two sequential resonant inverters, each forming its own frequency, the currents of which are summed in one inductor with the formation of a two-frequency current in the latter. The disadvantage of this method is the presence of a powerful frequency filter, which is the inductance in the circuit of the low-frequency inverter, preventing the flow of high-frequency current in it.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является способ и устройство генерации многочастотного напряжения, содержащего строго определенный спектр выбранных гармонических частот (Diong, международная заявка WO 2005/008876). Способ заключается в формировании ступенчатого напряжения путем суммирования многоуровневого напряжения, вычислении углов управления для каждой ступени выходного напряжения в зависимости от заданного частотного состава (наличия или отсутствия определенных гармоник) и управлении инверторами. Указанный способ реализуется с помощью устройства, содержащего многоуровневый преобразователь, состоящий из нескольких инверторов, определяющих ступени выходного напряжения, выходы которых соединены последовательно для формирования многоуровневого напряжения путем суммирования, схему управления, вычисляющую углы управления каждого инвертора, при этом на входе каждого инвертора включен источник постоянного напряжения, которое может принимать разные значения.The closest in technical essence to the claimed invention is a method and apparatus for generating a multi-frequency voltage containing a strictly defined spectrum of selected harmonic frequencies (Diong, international application WO 2005/008876). The method consists in forming a step voltage by summing a multilevel voltage, calculating control angles for each stage of the output voltage depending on a given frequency composition (presence or absence of certain harmonics) and controlling the inverters. The specified method is implemented using a device containing a multilevel converter, consisting of several inverters that determine the output voltage stage, the outputs of which are connected in series to form a multi-level voltage by summing, a control circuit that calculates the control angles of each inverter, while a constant source is turned on at the input of each inverter voltage, which can take on different values.

Основным недостатком прототипа являются сложности, возникающие при работе на колебательный контур, и соответственно затрудненность применения в системах индукционного нагрева, имеющих резонансную нагрузку и являющихся основной областью применения этого изобретения. В этом случае заданная пропорция амплитуд гармоник напряжения не сохраняется в токе колебательного контура, имеющего определенную амплитудно-частотную характеристику, соответственно каждая гармоника имеет свой коэффициент передачи амплитуды, уменьшающийся по мере удаления от резонансной частоты. Таким образом, весьма сложно получить требуемые коэффициенты сразу на двух различных частотах формируемых гармоник. При этом неизбежны фазовые сдвиги по формируемым гармоникам тока, которые снижают энергетические характеристики ПЧ.The main disadvantage of the prototype are the difficulties that arise when working on an oscillating circuit, and therefore the difficulty of application in induction heating systems having a resonant load and which are the main field of application of this invention. In this case, the predetermined proportion of the amplitudes of the voltage harmonics is not stored in the current of the oscillatory circuit having a certain amplitude-frequency characteristic, respectively, each harmonic has its own amplitude transfer coefficient, which decreases with distance from the resonance frequency. Thus, it is very difficult to obtain the required coefficients at two different frequencies of the generated harmonics at once. In this case, phase shifts in the generated current harmonics are inevitable, which reduce the energy characteristics of the inverter.

Целью изобретения является формирование требуемого гармонического состава тока индуктора с заданным соотношением амплитуд при сохранении резонансного режима по обеим гармоникам, и соответственно, с улучшением энергетических характеристик устройства (фаза, коэффициент мощности).The aim of the invention is the formation of the required harmonic composition of the inductor current with a given amplitude ratio while maintaining the resonance mode for both harmonics, and, accordingly, with improving the energy characteristics of the device (phase, power factor).

Указанная цель достигается тем, что в способе формирования двухчастотного выходного тока индуктора с помощью ПЧ, генерирующего ступенчатое напряжение, заключающемся в сложении напряжений нескольких инверторов, каждый из которых имеет свой угол управления, определяющий длительность импульса соответствующего уровня ступенчатого напряжения, в вычислении углов управления в зависимости от заданного частотного состава и формировании сигналов управления инверторами, в отличие от прототипа амплитуду и полярность уровней ступенчатого напряжения задают с помощью коэффициентов трансформации многоэлементного согласующего трансформатора, соединенного своими первичными обмотками с соответствующими инверторами, формируют ступенчатое многоуровневое напряжение путем сложения напряжений вторичных обмоток указанного трансформатора, собственные резонансные частоты двухчастотного резонансного контура задают равными частотам синтезируемых гармоник, при этом необходимое соотношение требуемых амплитуд синтезированных гармоник тока задают элементами указанного двухчастотного резонансного контура.This goal is achieved by the fact that in the method of generating a two-frequency output current of the inductor using an IF generating a step voltage, which consists of adding the voltages of several inverters, each of which has its own control angle, which determines the pulse duration of the corresponding level of the step voltage, in calculating the control angles depending from a given frequency composition and the formation of control signals of inverters, in contrast to the prototype, the amplitude and polarity of the levels of stepwise voltage The voltages are set using the transformation coefficients of a multi-element matching transformer connected by their primary windings to the corresponding inverters, a stepwise multi-level voltage is formed by adding the voltages of the secondary windings of the specified transformer, the natural resonant frequencies of the two-frequency resonant circuit are set equal to the frequencies of the synthesized harmonics, while the required ratio of the required amplitudes of the synthesized harmonics current set by the elements of the specified two-part Nogo resonant circuit.

Устройство для реализации способа содержит ПЧ, формирующий напряжение с заданным гармоническим составом, состоящий из нескольких инверторов, выходы которых соединены последовательно, и схему управления, связанную с инверторами. В отличие от прототипа устройство содержит многоэлементный согласующий трансформатор, первичные обмотки которого соединены с указанными инверторами, а вторичные обмотки соединены последовательно с образованием контура суммирования напряжения, соединенного с двухчастотным резонансным контуром, настроенным на частоты требуемых гармоник тока индуктора, и образованным двумя парциальными контурами: нагрузочным параллельным контуром, состоящим из индуктора и внутреннего компенсирующего конденсатора, и внешним контуром, состоящим из дросселя и внешнего компенсирующего конденсатора.A device for implementing the method contains an inverter that generates a voltage with a given harmonic composition, consisting of several inverters, the outputs of which are connected in series, and a control circuit associated with the inverters. Unlike the prototype, the device contains a multi-element matching transformer, the primary windings of which are connected to the indicated inverters, and the secondary windings are connected in series with the formation of a voltage summing circuit connected to a two-frequency resonant circuit tuned to the frequencies of the required harmonics of the inductor current, and formed by two partial circuits: a parallel circuit consisting of an inductor and an internal compensating capacitor, and an external circuit consisting of d osselya and external compensating capacitor.

Ступенчатая форма выходного напряжения (имеющая заданный гармонический состав) образуется путем сложения прямоугольных напряжений отдельных трансформаторов, соединенных по первичной стороне с инверторами, при этом величина уровня напряжения соответствующей ступени определяется коэффициентом трансформации. Каждый инвертор этого преобразователя частоты имеет свой угол управления, определяющий длительность импульса соответствующего уровня. Образованное таким образом ступенчатое напряжение поступает на двухчастотный резонансный контур, резонансные частоты которого настроены на синтезируемые гармоники ступенчатого напряжения, поэтому в индуктор поступают только синтезируемые частоты, и формируется двухчастотный ток.The stepped shape of the output voltage (having a given harmonic composition) is formed by adding the rectangular voltages of the individual transformers connected on the primary side to the inverters, while the magnitude of the voltage level of the corresponding stage is determined by the transformation coefficient. Each inverter of this frequency converter has its own control angle, which determines the pulse duration of the corresponding level. The step voltage thus formed is supplied to a two-frequency resonant circuit, the resonant frequencies of which are tuned to the synthesized harmonics of the step voltage, therefore only synthesized frequencies enter the inductor, and a two-frequency current is generated.

Техническим результатом изобретения является получение тока индуктора с заданным гармоническим составом и с заданными амплитудами гармоник.The technical result of the invention is to obtain an inductor current with a given harmonic composition and with given amplitudes of harmonics.

Далее сущность заявляемых изобретений поясняется чертежами, на которых представлено: на фиг.1 - функциональная схема устройства для реализации предлагаемого способа формирования двухчастотного тока индуктора; на фиг.2 - амплитудно-частотная характеристика двухчастотного контура при равных амплитудах гармоник напряжения; на фиг.3 - результаты синтеза на примере 1-ой и 7-ой гармоник.Further, the essence of the claimed invention is illustrated by drawings, which show: in Fig. 1 is a functional diagram of a device for implementing the proposed method for generating a two-frequency inductor current; figure 2 - amplitude-frequency characteristic of a two-frequency circuit with equal amplitudes of voltage harmonics; figure 3 - synthesis results for the example of the 1st and 7th harmonics.

Функциональная схема преобразователя частоты для реализации способа формирования двухчастотного тока индуктора (фиг.1) включает выпрямитель с Г-образным фильтром 1, питающий несколько резонансных инверторов 2, 3, 4, n, включенных параллельно по входу. Выходы инверторов нагружены на многоэлементный трансформатор 5, вторичные обмотки которого включены последовательно и образуют контур суммирования напряжения, прикладываемого к нагрузке, в виде двухчастотного резонансного контура 6. Импульсы управления транзисторами формируются схемой управления 7, которая формирует сигналы, задающие углы управления инверторов.Functional diagram of a frequency converter for implementing the method of forming a two-frequency current of the inductor (Fig. 1) includes a rectifier with a L-shaped filter 1, feeding several resonant inverters 2, 3, 4, n connected in parallel at the input. The inverters outputs are loaded on a multi-element transformer 5, the secondary windings of which are connected in series and form a summation circuit of the voltage applied to the load in the form of a two-frequency resonant circuit 6. The transistor control pulses are formed by a control circuit 7, which generates signals specifying the control angles of the inverters.

Двухчастотный резонансный контур 6 образован двумя парциальными контурами: нагрузочным контуром, состоящим из индуктора Ln и параллельно соединенного с ним конденсатора Сn, и внешним контуром, состоящим из дросселя Lf с последовательно соединенным с ним конденсатором Cf.The two-frequency resonant circuit 6 is formed by two partial circuits: a load circuit consisting of an inductor L n and a capacitor C n connected in parallel with it, and an external circuit consisting of a inductor L f with a capacitor C f connected in series with it.

Устройство для реализации способа работает следующим образом. Переменное напряжение питающей сети преобразуется в постоянное напряжение выпрямителем 1. Выпрямленное напряжение поступает на входы последовательных резонансных инверторов 2, 3, 4,… n, реализованных по мостовой схеме, каждый со своим определенным углом управления, формирующих квазипрямоугольные напряжения. Многоэлементный трансформатор 5 складывает полученные напряжения, задавая определенное соотношение их амплитуд и полярностей включения, формируя, таким образом, ступенчатое напряжение с заданным гармоническим составом. Амплитуды гармоник выходного ступенчатого напряжения ПЧ определяются выражением:A device for implementing the method works as follows. The alternating voltage of the supply network is converted into direct voltage by the rectifier 1. The rectified voltage is supplied to the inputs of the serial resonant inverters 2, 3, 4, ... n, implemented according to the bridge circuit, each with its own specific control angle, forming quasi-rectangular voltages. A multi-element transformer 5 adds up the obtained voltages, setting a certain ratio of their amplitudes and switching polarities, thus forming a step voltage with a given harmonic composition. The amplitudes of the harmonics of the output step voltage of the inverter are determined by the expression:

Figure 00000001
Figure 00000001

где k - номер гармоники, Еi и αi - амплитуда уровня напряжения и соответственно угол управления i-ой ступени, n - количество ступеней. Приравнивая паразитные гармоники к нулю и решая полученную таким образом систему уравнений, находим параметры: углы управления и амплитуды ступеней выходного ступенчатого напряжения ПЧ с требуемым гармоническим составом. Синтезированное напряжение поступает на двухчастотный резонансный контур 6, пропускающий в индуктор только заданные резонансные частоты и формирующий в индукторе двухчастотный ток.where k is the number of harmonics, E i and α i are the amplitude of the voltage level and, accordingly, the control angle of the i-th stage, n is the number of stages. Equating spurious harmonics to zero and solving the system of equations obtained in this way, we find the parameters: control angles and amplitudes of the steps of the output step voltage of the inverter with the required harmonic composition. The synthesized voltage is supplied to a two-frequency resonant circuit 6, which passes only specified resonant frequencies into the inductor and generates a two-frequency current in the inductor.

Принцип формирования тока индуктора двухчастотным резонансным контуром поясняется на следующей математической модели.The principle of inductor current formation by a two-frequency resonant circuit is illustrated in the following mathematical model.

Реактивное сопротивление двухчастотного контура являющегося нагрузкой многоуровневого ПЧ, описывается выражениемThe reactance of a two-frequency circuit, which is the load of a multi-level IF, is described by the expression

Figure 00000002
Figure 00000002

где ω - частота тока контура. Для определения резонансных частот реактивное сопротивление приравнивается к нулю Im(ω)=0, и решается полученное уравнение.where ω is the frequency of the current loop. To determine the resonant frequencies, the reactance is equal to zero Im (ω) = 0, and the resulting equation is solved.

Анализ показывает наличие в таком контуре двух резонансных частот, определяемых соотношением:The analysis shows the presence in this circuit of two resonant frequencies determined by the ratio:

Figure 00000003
Figure 00000003

При совпадении резонансных частот контура с частотами синтезируемых гармоник напряжения на этих частотах из-за отсутствия реактивного сопротивления будет наблюдаться резонансный режим работы и экстремум тока колебательного контура и тока индуктора, что отмечено на АЧХ, показанной на фиг.2. Таким образом, образуется ток индуктора с двумя гармоническими составляющими, каждая из которых находится в резонансе, т.е. не имеет фазового сдвига относительно соответствующей гармоники напряжения и еще более усиливается по отношению к паразитным гармоникам, исключенным из напряжения ПЧ. Рассчитать элементы контура на заданные частоты можно по соотношениямIf the resonant frequencies of the circuit coincide with the frequencies of the synthesized voltage harmonics at these frequencies due to the absence of reactance, a resonant mode of operation and an extremum of the current of the oscillatory circuit and the inductor current will be observed, which is noted on the frequency response shown in figure 2. Thus, an inductor current is generated with two harmonic components, each of which is in resonance, i.e. It does not have a phase shift relative to the corresponding voltage harmonic and is even more amplified with respect to spurious harmonics excluded from the inverter voltage. You can calculate the elements of the circuit at given frequencies by the ratios

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Амплитудно-частотная характеристика описываемого двухчастотного контура (фиг.2) позволяет требовать не такой чистый спектр выходного напряжения ПЧ и сконцентрировать его синтез на регулировании требуемых амплитуд заданных гармоник. Соотношение амплитуд экстремумов амплитудно-частотной характеристики определяется параметрами двухчастотного контура и может быть выбрано при проектировании таким образом, чтобы задать требуемое начальное соотношение амплитуд, относительно которого они могут регулироваться изменением амплитуд гармоник напряжения.The amplitude-frequency characteristic of the described two-frequency circuit (figure 2) allows you to require a not so clean spectrum of the output voltage of the inverter and concentrate its synthesis on the regulation of the required amplitudes of the given harmonics. The ratio of the amplitudes of the extrema of the amplitude-frequency characteristic is determined by the parameters of the two-frequency circuit and can be selected during design in such a way as to set the required initial ratio of the amplitudes, with respect to which they can be controlled by changing the amplitudes of the voltage harmonics.

Соотношение амплитуд экстремумов амплитудно-частотной характеристики равно отношению вещественных частей сопротивления двухчастотного контура и отражается выражениемThe ratio of the amplitudes of the extrema of the amplitude-frequency characteristic is equal to the ratio of the real parts of the resistance of the two-frequency circuit and is reflected by the expression

Figure 00000006
Figure 00000006

где R - активное сопротивление индуктора. Видно, что соотношение амплитуд определяется параметрами внутреннего параллельного парциального контура и не зависит от элементов внешнего последовательного контура. Поэтому при фиксированных параметрах индуктора Ln и R соотношение токов контура можно задать одним элементом - конденсатором внутреннего параллельного контура Сn. Ток индуктора существенно отличается от входного тока контура, поэтому необходимо ввести коэффициент распределения амплитуд отдельно на каждой из синтезируемых частотwhere R is the active resistance of the inductor. It can be seen that the ratio of the amplitudes is determined by the parameters of the internal parallel partial circuit and does not depend on the elements of the external serial circuit. Therefore, with fixed parameters of the inductor L n and R, the ratio of the circuit currents can be set by one element - the capacitor of the internal parallel circuit With n . The inductor current is significantly different from the input current of the circuit, therefore, it is necessary to enter the distribution coefficient of the amplitudes separately for each of the synthesized frequencies

Figure 00000007
Figure 00000007

где χ=1-ω2LnCn - коэффициент распределения амплитуд токов контуров. После задания требуемого соотношения амплитуд конденсатором Сn остальные элементы контура рассчитываются по выражениям (4,5). Конденсатор Сn обеспечивает протекание высокочастотной составляющей тока, являющейся суммой входного тока и тока индуктора, так как на низкой частоте его сопротивление велико. Величина конденсатора Сn ограничена неравенствомwhere χ = 1-ω 2 L n C n is the distribution coefficient of the amplitudes of the circuit currents. After setting the required amplitude ratio with capacitor C n, the remaining circuit elements are calculated using expressions (4.5). The capacitor C n ensures the flow of the high-frequency component of the current, which is the sum of the input current and the current of the inductor, since its resistance is high at a low frequency. The value of the capacitor C n is limited by the inequality

Figure 00000008
Figure 00000008

т.е. собственная частота внутреннего параллельного контура должна находиться внутри интервала синтезируемых частот.those. the natural frequency of the internal parallel circuit must be within the range of synthesized frequencies.

В результате расчета элементов двухчастотного контура согласно приведенным расчетным соотношениям формируется ток индуктора с заданными гармониками, не имеющими фазового сдвига относительно гармоник выходного напряжения ПЧ (фиг.3), что существенно повышает энергетические характеристики и гибкость управления системой.As a result of the calculation of the elements of the dual-frequency circuit according to the calculated ratios, an inductor current is generated with predetermined harmonics that do not have a phase shift relative to the harmonics of the inverter output voltage (Fig. 3), which significantly increases the energy characteristics and the flexibility of controlling the system.

По сравнению с прототипом данный способ формирования двухчастотного тока позволяет исключить фазовые сдвиги между током и напряжением, уменьшить реактивные токи через ПЧ, повысить коэффициент мощности системы. Кроме того, при описанном способе формирования тока избирательно усиливается синтезируемая пара гармоник, что упрощает подавление паразитных гармоник выходного напряжения ПЧ.Compared with the prototype, this method of forming a two-frequency current eliminates phase shifts between current and voltage, reduces reactive currents through the inverter, and increases the system power factor. In addition, with the described method of current generation, the synthesized pair of harmonics is selectively amplified, which simplifies the suppression of spurious harmonics of the inverter output voltage.

Claims (2)

1. Способ формирования двухчастотного выходного тока индуктора с помощью преобразователя частоты, генерирующего ступенчатое напряжение, заключающийся в сложении напряжений нескольких инверторов, каждый из которых имеет свой угол управления, определяющий длительность импульса соответствующего уровня ступенчатого напряжения, в вычислении углов управления в зависимости от заданного частотного состава и формировании сигналов управления инверторами, отличающийся тем, что амплитуду и полярность уровней ступенчатого напряжения задают с помощью коэффициентов трансформации многоэлементного согласующего трансформатора, соединенного своими первичными обмотками с соответствующими инверторами, формируют ступенчатое многоуровневое напряжение путем сложения напряжений вторичных обмоток указанного трансформатора, собственные резонансные частоты двухчастотного резонансного контура задают равными частотам синтезируемых гармоник, при этом необходимое соотношение амплитуд синтезируемых гармоник задают элементами указанного двухчастотного резонансного контура.1. A method of generating a two-frequency output current of an inductor using a frequency converter generating a step voltage, which consists of adding the voltages of several inverters, each of which has its own control angle, which determines the pulse duration of the corresponding step voltage level, in calculating the control angles depending on a given frequency composition and the formation of control signals of the inverters, characterized in that the amplitude and polarity of the levels of step voltage is set with using the transformation coefficients of a multi-element matching transformer connected by its primary windings to the corresponding inverters, a stepwise multi-level voltage is formed by adding the voltages of the secondary windings of the specified transformer, the natural resonant frequencies of the two-frequency resonant circuit are set equal to the frequencies of the synthesized harmonics, while the required amplitude ratio of the synthesized harmonics is set by the elements of the specified two-frequencies resonant circuit. 2. Устройство формирования двухчастотного выходного тока индуктора, содержащее преобразователь частоты, формирующий напряжение с заданным гармоническим составом, состоящий из нескольких инверторов, выходы которых соединены последовательно, и схему управления, связанную с инверторами, отличающееся тем, что устройство содержит многоэлементный согласующий трансформатор, первичные обмотки которого соединены с указанными инверторами, а вторичные обмотки соединены последовательно с образованием контура суммирования напряжения, соединенного с двухчастотным резонансным контуром, настроенным на частоты необходимых гармоник тока индуктора, и образованным двумя парциальными контурами: нагрузочным параллельным контуром, состоящим из индуктора и параллельно соединенного внутреннего компенсирующего конденсатора, и внешним контуром, состоящим из дросселя с последовательно соединенным с ним внешним компенсирующим конденсатором. 2. A device for generating a two-frequency output current of an inductor, comprising a frequency converter generating a voltage with a given harmonic composition, consisting of several inverters whose outputs are connected in series, and a control circuit associated with the inverters, characterized in that the device contains a multi-element matching transformer, primary windings which are connected to these inverters, and the secondary windings are connected in series with the formation of the circuit of the summation of the voltage connected with a two-frequency resonant circuit tuned to the frequencies of the required harmonics of the inductor current and formed by two partial circuits: a parallel load circuit consisting of an inductor and a parallel compensating internal capacitor, and an external circuit consisting of a choke with an external compensating capacitor connected in series with it.
RU2009120734/09A 2009-06-01 2009-06-01 Method for generation of double-frequency current of inductor and device for generation of double-frequency current of inductor RU2399168C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009120734/09A RU2399168C1 (en) 2009-06-01 2009-06-01 Method for generation of double-frequency current of inductor and device for generation of double-frequency current of inductor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009120734/09A RU2399168C1 (en) 2009-06-01 2009-06-01 Method for generation of double-frequency current of inductor and device for generation of double-frequency current of inductor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2399168C1 true RU2399168C1 (en) 2010-09-10

Family

ID=42800661

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009120734/09A RU2399168C1 (en) 2009-06-01 2009-06-01 Method for generation of double-frequency current of inductor and device for generation of double-frequency current of inductor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2399168C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2534047C1 (en) * 2013-06-04 2014-11-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВПО "НИУ "МЭИ") Method of heating and quenching of gear wheels and device to this end
RU2608179C2 (en) * 2012-06-18 2017-01-17 Мидеа Групп Ко., Лтд High-frequency induction heating device protection circuit and high-frequency induction heating device with protection circuit
RU2613333C2 (en) * 2013-01-29 2017-03-16 Шнейдер Тосиба Инвертер Юроп Сас Multilevel power converter
CN108347055A (en) * 2018-04-09 2018-07-31 宁夏银利电气股份有限公司 A kind of grid-connected filter inductor parameter evaluation circuit and its control method

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2608179C2 (en) * 2012-06-18 2017-01-17 Мидеа Групп Ко., Лтд High-frequency induction heating device protection circuit and high-frequency induction heating device with protection circuit
RU2613333C2 (en) * 2013-01-29 2017-03-16 Шнейдер Тосиба Инвертер Юроп Сас Multilevel power converter
RU2534047C1 (en) * 2013-06-04 2014-11-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВПО "НИУ "МЭИ") Method of heating and quenching of gear wheels and device to this end
CN108347055A (en) * 2018-04-09 2018-07-31 宁夏银利电气股份有限公司 A kind of grid-connected filter inductor parameter evaluation circuit and its control method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6571718B2 (en) High frequency power supply
Peña-Alzola et al. Systematic design of the lead-lag network method for active damping in LCL-filter based three phase converters
CN110995006B (en) Design method of power electronic transformer
US20120063179A1 (en) System and method for damping lc circuits in power conversion systems
RU2399168C1 (en) Method for generation of double-frequency current of inductor and device for generation of double-frequency current of inductor
Zhang et al. A high step-down isolated three-phase AC-DC converter
EP2395651A2 (en) System and method for damping lc circuits in power conversion systems
CN110199575A (en) For generating the x-ray source device of X-ray radiation
RU2517378C1 (en) Resonance power amplifier
Asa et al. A novel phase control of semi bridgeless active rectifier for wireless power transfer applications
Sarnago et al. A versatile large-signal high-frequency arbitrary waveform generator using GaN devices
Pantic et al. Inductive power transfer by means of multiple frequencies in the magnetic link
WO2014127036A1 (en) Systems and methods for wireless power transfer
Koran et al. Analytical factorized model for stability analysis and optimization of shunt RC damped LCL filter for grid-connected voltage source inverters
RU2460246C1 (en) Conversion device for induction heating based on parallel bridge resonant inverter and method to control conversion device for induction heating based on parallel bridge resonant inverter
Nagarajan et al. Power tracking control of domestic induction heating system using pulse density modulation scheme with the fuzzy logic controller
Liu et al. An LLC-based planar wireless power transfer system for multiple devices
Sawant et al. A discrete-time controller for Phase Shift Controlled load-resonant inverter without PLL
Zhao et al. A single-phase dual frequency inverter based on multi-frequency selective harmonic elimination
Krishna et al. Design and development of a digital controlled dielectric barrier discharge (DBD) AC power supply for ozone generation
Diong et al. Multilevel inverter-based dual-frequency power supply
WO2018068843A1 (en) Adaptive delay of a third harmonic component
Aparna et al. Series parallel resonant converter for Electrical Dischage Machining power supply
Gathageth et al. Wireless power transfer system using series-series compensation topology
Bento et al. Design of single phase SiC bidirectional DC-AC converter with low-cost PLL for power factor correction

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150602