ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ


RU (11) 2293431 (13) C1

(51) МПК
H02M 5/44 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 11.01.2009 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2005114625/09 
(22) Дата подачи заявки: 2005.05.13 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2005.05.13 
(45) Опубликовано: 2007.02.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU 236615 A1, 11.01.1969. SU 426292 A1, 16.06.1972. GB 2051506 A, 14.01.1981. 
(72) Автор(ы): Зиновьев Геннадий Степанович (RU); Попов Владимир Иванович (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Новосибирский государственный технический университет (RU) 
Адрес для переписки: 630092, г.Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, НГТУ 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ

Преобразователь переменного напряжения в переменное рационален в технологических процессах, в частности, для индукционного нагрева. Преобразователь переменного напряжения в переменное представляет собой устройство, 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. Для улучшения массогабаритных показателей преобразователя в целом и улучшения возможности регулирования выходной мощности преобразователя за счет активного преобразователя в него введены дополнительно компенсирующий инвертор напряжения на ключах с двухсторонней проводимостью и компенсирующий фильтр. При этом компенсирующий фильтр подключен к входу компенсирующего инвертора, а выходная цепь компенсирующего инвертора, соединенная последовательно с индуктором, подключена к выходу активного инвертора. 2 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


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.

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.

Поскольку в реальных индукторах низкий cos , примерно равный 0,05÷0,07, то величина емкости данного конденсатора довольно большая, а соответственно высокая стоимость и значительные габариты преобразователя в целом.

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.

Недостатком этой схемы является то, что величина напряжения на индуктивности индуктора зависит от соотношения активного сопротивления Rи и индуктивности Lи индуктора и может быть больше напряжения на Rи в 5÷10 раз, что приводит к увеличению массогабаритных показателей преобразователя в целом.

Задачей предлагаемого изобретения является создание преобразователя переменного напряжения в переменное с улучшенными массогабаритными показателями.

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.

На Фиг.1 приведена схема предлагаемого преобразователя; на Фиг.2 - его векторная диаграмма.

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.

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).

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,

где Iи - ток индуктора,

URи - активная составляющая падения напряжение на индукторе,

ULи - индуктивная составляющая падения напряжения на индукторе,

Uи - результирующее напряжение на индукторе,

Uинв10 - выходное напряжение активного инвертора 10,

Uинв16 - выходное напряжение компенсирующего инвертора 16.

Величина выходного напряжения компенсирующего инвертора 16 должна равняться ULи и тогда активный инвертор 10 будет нагружен только активным током, совпадающим по фазе с выходным напряжением активного инвертора 10-Uинв10. Таким образом,

Uинв16 =Iи·XLи,

где XLи - индуктивное сопротивление индуктора,



где Ри - активная мощность в индукторе, Rи - активное сопротивление индуктора.

Иначе говоря, введенный последовательно с индуктором компенсирующий инвертор (емкостного тока) выполняет функцию регулируемого конденсатора квазиколебательной цепи результирующей нагрузки активного инвертора.

Компенсация индуктивного падения напряжения ULи 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.

Кроме того, дополнительно улучшаются возможности регулирования выходной мощности преобразователя за счет регулирования выходного напряжения активного инвертора 10 за счет широтно-импульсной модуляции.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


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.