Автономный инвертор

 

Союз Сов етскик

Социалистических

Республик (! i) 1001384

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 29.05.80 (2!) 2930708/24-07 (5 f )Я. Кл.

Н 02 М 7/515 с присоединением заявки М

Гесударстаеннвй камнтет

СССР (23) Приоритет до делам нзебретеннй н аткрьпий

Опубликовано 28.02.83. Бюллетень №8

Дата опубликования описания 28.02.83 (53) УД К621. 314. .572 (088.8) k

А. В. Абрамов, B. И. Глазков, Р, Н. Киямо,ТН. И.. Петривши,,.

Е. И. Снятков, Л. Я. Финкельштейн, Д. В. жмуркин, П.--H. t1!âåöîB, и Г. И. Эскин / - -:- .. -.: -: /

:, I

f (72) Авторы изобретения (7!) Заявитель (54) АВТОНОМНЫЙ HHBEPTOP

Изобретение относится к преобразовательной технике и может найти применение в установках повышенной частоты, например, в качестве источника питания ультразвуковых магнитострикционных преобразователей, а также. других потребителей тока ультразвуковой частоты.

Известны многоячейковые автономные инверторы, содержащие тиристорные мосты с коммутирующими конденсатора-! о ми в диагонали переменного тока, коммутирующие дроссели, включенные между указанными мостами, входные дроссели и конденсаторы фильтра, а также встречные диоды. Нагрузка в этих инверторах включается либо в цепь фильтровых конденсаторов 1 !1 либо между средней точкой коммутируюшего дросселя и обшей точкой двух последовательно включенных фильтровых конденсаторов (2 з . 2p

Наиболее близок к предлагаемому инвертор, содержащий два тиристорных моста с коммутирующими конденсаторами s диагоналях переменного тока, один

2 из которых через встречный диод со стороны анодной вершины, а другой через встречный диод со стороны катодной вершины подключены параллельно с конденсатором фильтра к зажимам источника постоянного тока после входных дросселей, между точками соединения встречных диодов с вершинами мостов включена последовательная цепочка из двух коммутирующих дросселей и нагрузки между ними, подключаемой непосредственно или через нагрузочный трансформатор (3 g.

В известном инверторе напряжение на элементах схемы ограничивается благодаря сбросу излишней энергии с коммутирующих дросселей с помошью встречных диодов, однако частота выходного тока лишь в 2 раза больше частоты включения тиристоров, что ограничивает верхнюю границу их частотного диапазс на.

Бель изобретения — расширение верхней границы частотного диапазона.

1001

Указанная цель достигается тем, > инвертор, содержащий подключенные к входным выводам через дроссели фильтра две цепочки, состоящие каждая из последовательно соединенных тиристорного моста с коммутирующим конденсатором в диагонали переменного тока и диода, включенного в обратном направлении, причем анод диода первой цепочки подключеч через один из упомянутых 10 дросселей фильтра к отрицательному входному выводу, а его катод - к первому концу одного коммутирующего дросселя; катод диода второй цепочки через другой из упомянутых дросселей фильтра соединен с положительным входным выводом, а его анод — с первым концом дд гого коммутирующего дросселя, причем вторые концы коммутируклиих дросселей подключены к первичной обмотке выходного трансформатора, снабжен двумя последовательными I С-цепочками, одни конць которых соединены соответственно с анодом диода первой и катодом диода второй цепочек, а другие их концы — с первичной обмоткой выходного трансформатора, Первичная обмотка выходного трансформатора может быть включена между коммутирующими дросселями и выполнена со средним выводом, подключенным к другим концам l„C — цепочек.

Первичная обмотка выходного трансформатора включена между коммутирующими дросселями и соединена концами

35 с упомянутыми другими концами соответствующих, С-цепочек, конденсаторы которых выполняют роль входного фильтрующего конденсатора.

Кроме того, первичная обмотка вы40 хоцного трансформатора включена между (С-цепочками и выполнена со средним выводом,соединенным с вторыми концами коммутирующих дросселей, а роль sxoaного фильтрующего конденсатора выпол45 няют конденсаторы l, C-цепочек, причем во всех схемах коммутирующие дроссели могут быть магнитно связаны.

На фиг. 1 — 3 представлены схемы автономного инвертора.

Инвертор (фиг. 1) состоит из двух инвертируюшнх мостов, выполненных на тиристорах 1 — 8 с коммутирующими конденсаторами 9 и 10 в диагоналях переменного тока, первый из которых через диод 11, а второй через диод 12 подключены параллельно входному фильм рующему конденсатору 13 к входным вы-

384 4 водам через дроссели 14 и 15 фильтра, двух коммутирующих дросселей 16 и 17, подключенных одними концами к точкам соединения встречных диодов. с мостами, а другими концами — к первичной обмотке выходного трансформатора 18, ко вторичной обмотке которого подключена нагуузка 19, двух последовательных

1.C-цепочек, состоящих из разделительных конденсаторов 20 и 21 и защитных дросселей 22 и 23, включенных последовательно между входными выводаI ми после дросселей фильтра, а их общая точка соединена со средним выводом первичной обмотки выходного трансформатора.

В автономном инверторе по фиг. 2 последовательные 1.C. -цепочки включены между входными выводами после дросселей фильтра и соответствующими выходными выводами. Конденсатор 13 из схемы исключен, его функцию выполняют конденсаторы l„С-цепочек.

B варианте схемы автономного инвертора по фиг. 3 в отличие от схемы, приведенной на фнг. 2, коммутирующие дроссели 16 и 17 соединены последовательно и их общая точка подключена к средней точке первичной обмотки выход- ного трансформатора 18.

Автономный инвертор работает следующим образом.

В установившемся режиме к начальному моменту времени включения тиристоров 1 и 4 первого моста конденсаторы (фиг. 1) заряжены с полярностью, указанной на чертеже. Конденсатор фильтра

13 заряжен до напряжения источника постоянного тока. При включении тиристоров 1 и 4 коммутнруюший конденсатор

9 перезаряжается по цепям: 9-4-16-18-20-22-1-9 и 9-4-16-18-23-21-13-l-9. Параметры элементов цепей выбраны таким образом, что ток перезаряда коммутирующего конденсатора имеет колебательный характер.

После того, как напряжение на коммутирующем конденсаторе 9 сменит знак и достигнет величины напряжения на конденсаторе 13, происходит коммутация тока с тиристоров 1 и 4 на диод 11, тиристоры 1 и 4 выключаются, ограничивая дальнейший рост напряжения на конденсаторе 9, а токи коммутирующегс дросселя 16 и защитных дросселей 22 и 23 замыкаются по цепям: 16-18-20-22-.

-13-11-16 и 16-18-23-21-11-16.

За время работы тиристоров 1 и 4 и

S 1001 диода 11 через левую по схеме первичную полуобмотку выходного трансформатора 18 протекает полуволна синусоидального тока в направлении, указанном на фиг. 1 стрелкой. При этом в нагрузке 19 формируется первый период выходного тока. Затем включаются тиристоры

5 и 8 второго моста и коммутируюший конденсатор 10 перезаряжается по цепям:

10-8-21-23-18-17-5-10 и 10-8-13- l0

-22-20-28-17-5-10. После того,как напряжение на конденсаторе 10 сменит знак и достигнет величины напряжения на конденсаторе 13, происходит коммутация .тока с тиристоров 5 и 8 на диод 12, тирнсторы 5 и 8 выключаются, ограничивая дальнейший рост напряжения на конденсаторе 10, а токи коммутнруюш

ro дросселя 17 и защитных дросселей

22 и 23 замыкаются по цепям: 17-12- 20

-22-20-18-17 и 17-12-13-21-23-18-17. За время работы тиристоров 5 и 8 и диода 12 через правую по схеме первичную полуобмотку выходного трансформатора 18 протекает полуволна синусои- 5 дального тока в направлении указанном на фиг. 1 стрелкой. При этом в нагрузке 19 формируется второй период выходного тока.

К моменту времени включения тирис- 30 торов 2 и 3 первого моста заканчивается первый полуцикл работы инверторов, в течение которого в нагрузке сформировано два периода выходного тока. При работе тиристоров 2 и 3, а затем 6 и 7

3S происходят аналогичные процессы перезаряда коммутирующих конденсаторов 9 и 10 и в нагрузке формируется еше два периода выходного тока. За полный цикл работы инвертора в нагрузке формирует- щ ся четыре периода выходного тока. . В отдельных случаях выходной трансформатор может не иметь среднего вывода первичной обмотки или нагрузка подключается к инвертору непосредствен- gg но без трансформатора, Для достижения эффекта учетверення выходной частоты в таких схемах подключения нагрузки пос ледовательные 1 С вЂ” цепочки необходимо включить между входными выводами

50 после дросселей фильтра и соответствуюшими выходными выводами, как это показано на фиг. 2. Однако при этом цепи перезаряда коммутирующих конденсаторов, содержашие конденсатор 13, не замыкаютИ ся через нагрузку, что приводит к дополнительной токовой загрузке тиристоров и снижейию КПД. Поэтому конденсатор 13 целесообразно из схемы исключить.

384 4

Инвертор, представленный на фиг. 2, работает следующим образом.

При включении тиристоров 1 и 4 происходит колебательный перезаряд конденсатора 9 по цепи: 9-4-16-18-20-22-1-9. При убывании тока перезаряда;конден- . сатора 9 напряжение на дросселе 16 сменяет знак и при достижении этим напряженнем величины напряжения на конценсато= ре 22 включается IIIIoa 11, а тиристоры.

1 и 4 выключаются, ограничивая дальней. ший рост напряжения на конденсаторе 9.

Ток дросселя 16 после включения. диода

11 замыкается по цепи: 16-23-21-11-16. За время работы тиристоров 1 и 4 в нагрузке 19 формируется период выход- ного тока. Затем при поочередной работе тиристоров 5, 8; 2, 3 и 6, 7 в нагрузке формируется еше три периода выходного тока, а процессы перезаряда конденсат< ров 9 и 10 аналогичны тем, что происходили при работе тиристоров 1 и 4.

В инверторах, выполненных по схемам, приведенным на фиг. 1 .и фиг. 2, через первичную обмотку выходного трансфор/ матора протекает постоянная составляюшая входного тока инвертируюших Моотов, что требует увеличения установленной мощности трансформатора. Этого можно избежать, если в инверторе, приведенном на фиг. 2, соединить последовательно коммутирующие дроссели

16 и 17, а их обшую точку подключить к средней точке выходного трансформатора, как это показано на фиг. 3. При этом постоянная составляющая тока протекает через коммутирующие дросселя, минуя цепь нагрузки.

При включении тиристоров 1 и 4 в инверторе, изображенном на фиг. 3, конденсатор 9 перезаряжается по цепи:

9-4-1 6-18-20-22-1-9. Ток перезаряда, протекая через верхнюю по схеме первичную полуобмотку выходного трансформатора 18, формирует в нагрузке

19 прямую полуволну первого периода выходного тока. После включения диода

11 тиристоры 1 и 4 выключаются, а ток коммутирующего дросселя 16 протекает по цепи: 16-18-23-21-11-16

Ток дросселя 16, протекая через нижнюю по схеме первичную полуобмотку трансформатора 18, формирует в нагрузке 19 обратную полуволну первого периода выходного тока. Затем при поочередной работе вентилей 5, 8, 12„

2, 3, 11 и 6, 7, 12 в нагрузке формь руется еше три периода выходного тоKB

1001384

Таким образом, в автономном инвер торе, выполненном в вариантах, представленных на фиг. 1 - 3, достигается учетверение выходной частоты по срав нению с частотой работы тиристоров, а напряжение на элементах инвертора ограничивается с помошью встречных диодов.

Если в предлагаемом инверторе коммутируюшие дроссели выполнить магнит- 10 но связанными, то при работе одного инвертируюшего моста на коммутируюший дроссель другого моста трансформируется напряжение, смешаюшее напряжение на тиристорах неработающего моста в сторону обратного, что предотврашает преждевременный переход . обратного напряжения на восстанавливавших свою управляемость тиристорах при изменении параметров нагрузки в широких пределах и повышает, тем самым, устойчивость работы инвертора в ультразвуковом диапазоне частот.

Предлагаемая схема инвертора позво ляет получить частоту выходного тока

44 кГц при выходной мощности 15 кВт ! и использовании в каждом плече инвертируюших мостов одного тиристора типа

ТЧ-100-9 класса.

30

Формула изобретения

1. Автономный инвертор, содержащий подключенные к входным выводам через дроссели фильтра две цепочки, состояшие каждая из последовательно соединенных тиристорного моста с коммутирующим конденсатором .в диагонали переменного тока и диода, включенного в обратном направлении, причем анод дио40 да первой цепочки подключен через один из упомянутых дросселей фильтра к отрицательному входному выводу, а его катод - к первому концу одного коммутирующего дросселя, катод диода второй цепочки через другой из упомянутых дросселей фильтра соединен с положительным входным выводом, а его анод - с первым концом другого коммутирующего дросселя, причем вторые концы коммути- руюших дросселей подключены к первичной обмотке выходного трансформатора, отличаюшийсятем,что, с целью расширения верхней границы частотного диапазона, он снабжен двумя последовательными I С-цепочками, одни концы которых соединены соответствен» но с анодом диода первой и катодом диода второй цепочек, а другие их кон-. цы - с первичной обмоткой, выходного трансформатора.

2. Автономный инвертор по и. 1, о т.л и ч а ю ш и и с я тем, что первичная обмотка выходного трансформатора включена между коммутирующими дросселями и выполнена с средним выводом, подключенным к другим концам („С вЂ” цепочек.

3. Автономный инвертор по п. 1, о т,л и ч а ю ш и и с я тем, что первичная обмотка выходного трансформато ра включена между коммутирующими дросселями и соединена концами с упоммянутыми другими концами соответствующих l, С вЂ” цепочек, конденсаторы которых выполняют роль входного фильтруюшего конденсатора.

4. Автономный инвертор по и. 1, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что первичная обмотка выходного трансформатора включена между 4С вЂ” цепочками и выполнена с средним выводом, соединенным с вторыми концами коммутирующих дросселей, а роль входного фильтруюшего конденсатора выполняют конденсаторы (, С вЂ” цепочек.

5. Автономный инвертор по п, 1 — 4, отличающийся тем, что ком-, мутирующее дросселя магнитно связаны.

4Ъ Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Канцельсон С. М. и др. Новые схемы тиристорных инверторов повышенной частоты 8000-10000Гц. "Тиристорные преобразователи частоты для индукционного нагрева металлов".Труды УАИ, вып. 48. Уфа, 1973, С. 72 рис. 1а.

2. Авторское свидетельство СССР

% 368701, кл. Н 02 М 7/515, 1973.

3. Уржумсков А. М. и др. Тиристорный преобразователь частоты для вакуумной электротермии. Разработка и промышленное применение полупроводниковых преобразователей частоты в машиностроеиии". Тезисы докладов Всесоюзной научно- гехнической конференции. М., 1977,стр. 37.

1001384

1001334

Составитель И. Жеребина

Редактор Л. Пчелинская Техред Ж.Кастелевнч КорректорО. Билак

Заказ 1439/70 Тираж 685 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений. и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4