В работе представлена модель полумостового последовательного резонансного инвертора с обратными диодами, которая была реализована в среде моделирования Simulink Matlab. По предварительным расчетам найдены параметры схемы, произведено моделирование и получены временные диаграммы работы инвертора.

Ключевые слова: полумостовой последовательный инвертор, IGBT, индукционный нагрев, Simulink — моделирование.

Резонансные инверторы нашли широкое применение в разных областях промышленности в составе индукционных установок, сварочных аппаратов, генераторов плазмы, ультразвукового оборудования, систем электропитания многоканальных лазеров, также известно об их применении в медицинской и бытовой технике.

Рис. 1. Принципиальная электрическая схема полумостового последовательного резонансного инвертора с обратными диодами

Рассмотрим схему полумостового последовательного резонансного инвертора с обратными диодами исходя из экономической выгодности по сравнению с мостовой схемой, что связано с меньшим количеством транзисторов в схеме. Также отмечается, что рассматриваемая схема является более надежной и технологичной по сравнению со схемой резонансного инвертора с выводом нулевой точки. Во избежание возможных перегрузок транзисторов по напряжению для ограничения на них напряжения включаются обратные диоды. С помощью обратных диодов накопленная на этапе проводимости транзисторов энергия в конденсаторах C₁ и C₂ возвращается либо в источник питания, либо в другой накопитель энергии [2].

Произведен автоматизированный расчет схемы при помощи программного комплекса [1]. Расчет позволил определить параметры колебательного контура схемы, а также параметры трансформатора.

Рис. 2. Модель полумостовой схемы последовательного резонансного инвертора с обратными диодами

При моделировании (рис. 2) в качестве силовых ключей схемы инвертора используются биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT).

На рис. 3 показаны временные диаграммы инвертора, на которых при двух разных частотах можно наблюдать токи транзисторов, входной ток, ток нагрузки, напряжения на обоих конденсаторах, а также напряжение на одном из двух транзисторов схемы.

Разомкнутая система управления, заключенная в блоке Subsystem, осуществляет генерацию импульсов с частотой 20 кГц до момента времениc, после чего начинает генерировать импульсы с частотой 30 кГц, что позволяет снять переходную характеристику схемы как реакцию на изменение частоты импульсов, подаваемых на ключи. Переходная характеристика позволяет составить передаточную функцию, по которой в свою очередь могут быть определены частотные характеристики для последующего синтеза замкнутой системы управления.

Рис. 3. Временные диаграммы работы последовательного полумостового резонансного инвертора с обратными диодами

Моделирование показывает, что полученные в результате автоматизированного расчета параметры силовой части схемы позволяют обеспечить корректную работу инвертора при заданном режиме работы исходя из относительной длительности открытого состояния ключей.

Литература:

1. Лазарева Н. М., Павлов О. П., Яров В. М. Программный комплекс расчёта и анализа последовательных резонансных инверторов // Материалы Всероссийской научно-технической конференции “Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем”. — 2017.
2. Яров В. М. Полупроводниковые преобразователи частоты для установок индукционного нагрева: Учеб. пособие / В. М. Яров, В. П. Терехов, А. Н. Ильгачев. — Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2005. — 228 с.