Последовательный инвертор

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗЬБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик (11) 1003273 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 1.5.12.8l (21) 3364837/24-07 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опублнковано07.03 83. Бюллетень М 9

Дата опубликования описания 07.03.83 (51)М. Кл.

Н 02 М 7/5ls

Гееударстеевлмй кемктет

СССР оо делам изобретения и открытий (53) УДК 621. .3 1 4.572 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. B..Шипицин, В, В, Рудный, В. И, Лузгин, А 71. Нбвиков - -.

С. Ю. Кропотухин, А. В. Абрамов, й. В. Чуркин и Н;..Н. Дро".иков

1

1 (71) Заявитель (54) ПОСЛЕДОВАТЕЛЪНЬЙ HHBEPTOP

Изобретение относится к вентильной преобразовательной технике и может быть использовано при разработке генераторов для питания ультразвуковых электротехнологических установок.

При разработке генераторов повышенной и высокой частоты все большее применение находят схемы последовательных инверторов, в которых ограниченные напряжения на элементах контура коммутации при снижении сопротивления нагрузки осуществляется путем отсечки второй полуволны напряжения на коммутирующей индуктивности.

Известна схема автономного инверто15 ра, в ко орой отсечка напряжения на коммутирующей индуктивности осуществляется путем выполнения последовательно соединенных конденсатора фильтра и вынесен- „ ной за пределы вентильного моста коммутирующей индуктивности в виде двух

;параллельных цепей с противоположным порядком следования указанных элементов, 2 причем между общими узлами указанных элементов включается диод (1 J.

Такое включение хотя и приводит к ограничению перенапряжений при малых значениях сопротивлений нагрузки, вместе с тем дает затяжку токов в контуре стабилизации, что в свою очередь вызывает нежелательное повышение скорости нарастания тока тиристоров в момент включения.

Известна схема инвертора, в которой с целью снижения коммутационных перенапряжений и повышения предельной частоты выходного напряжения коммутирующая индуктивность и нагрузка включены последовательно в рассечку фильтрового конденсатора и введены дополтштельные фильтровые конденсаторы и вентили, обеспечивающие рекупирацию излишков энергии, запасенной в контуре коммутации, обратно в фильтр путем отсечки второй полуволны напряжения на коммутирующей индуктивностп и нагрузке 32).

3 1003

Односторонняя подпитка нагрузки токами контура коммутации приводит к значительной несинусоидальности входного напряжения, что в свою очередь увеличивает потери в нагрузке за с"1ет высших гармоник.

Наиболее близким к предлагаемому является последовательный мостовой инвертор, содержащий четыре.. плеча, каждое иэ которых состоит из последователь-se но соединенных коммутирующего дросселя и управляемого вентиля, два последовательно соединенных коммутирующих конденсатора, крайние выводы которых подключены между общими выводами уп равляемых вентилей в диагонали переменного тока моста, и нагрузку, подключенную средним выводом к общему узлу коммутирующих конденсаторов (3 3.

Однако малое обратное напряжение, при- 20 ложенное к управляемому вентилю, приводит к значительному увеличению времени, необходимого для восстановления управляемости вентилей.

Бель изобретения — повышение надеж- 25 ности путем улучшения условий коммутацгги управляемых вентилей.

Для достижения поставленной цели последовательный инвертор, содержащий связанный с входными выводами через 3Q фильтровые дроссели мост, каждое плечо, которого состоит из последовательно сое диненных коммутирующего дросселя и управляемого вентили, а в диагональ пере;юенного тока включены две последовательно соединенных коммутирующих конденсатора, общая точка которых связана со средней точкой цепи нагрузки, соединенной с общей точкой двух конденсаторов фильтра, а также четыре конденсатора и четыре вентиля, снабжен выходным трансформатором с шестью первичными обмотками, соединенными попарно согласно-последовательно, четырьмя последовательными пепочками иэ ограничиваю45 щего вентиля и несыщающегося дросселя, четырьмя дополнительными коммутирующими дросселями, каждый из которых соединен последовательно с одним из указанных конденсаторов в цепочку, включенную между соответствующими

SO точкой соединения управляемого вентиля с коммутирующим дросселем и концом первой пары первичных обмоток выходного трансформатора, средняя точка которого соединена с обшей точкой коммутирующих конденсаторов непосредс твенно, а через конденсаторы фильтра — со средними точками второй и третьей обмо

273 4 ток, включенных вторая между коммутирующими дросслеями анодной, а третья между коммутирующими дросселями катоцной групп вентилей моста и соединенных средними точками через фильтровые дросселя с соответствующими входными выводами, причем средняя точка второй пары соединена с катодами двух вентилей, а средняя точка третьей пары - с анодами двух других вентилей, свободные электроды KoTopIlx соединены с общими точками дополнительньгх коммутирующих дросселей и конденсаторов, а последовательные цепочки из ограничивающего вентиля и насьпцающего дросселя .включены между отпайкамн обмоток пер вой пары и отпайками противофаэных обмоток второй и третьей пар.

На чертеже изображена схема устройства.

Инвертор содержит управляемые вентили 1--4, конденсаторы 5-8, фильтровые конденсаторы 9 и 10, коммутирующие конденсаторы 11 и 12, фильтровые дросселя

13 и 14, коммутирующие дроссели 15—

18, дополнительные коммутирующие дроссели 19 и 22, насышаюшиеся дроссели

23-26, вентили 27-30, ограниченные вентили 21-34, первичные обмотки выходного трансформатора 35-46, вторичную обмотку выходного трансформатора

47 и нагрузку 48, Управляемые вентили 1-4 с включенными последовательно с ними коммутирующими дросселями 15, 18, 16, и 17 и секциями первичных обмоток 35, 37, 38, 40, 41, 43, 44 и 46 соединены в мост, причем общие выводы пар секции обмотток 41, 44 и 43, 46 через фильтровые дроссели 13 и 14 подключены к выводам источника питания, а между общими выводами пар последовательно соединенных управляемых вентилей 1, 2 и 3, 4 включены соединенные последовательно коммутирующие конденсаторы 11 и 12, к общей точке которых подключены общими выводами фильтровые конденсаторы 9 и L0, причем вторые выводы этих конденсагоров подключены к средним выводам пар обмоток 41, 44 и 43, 46 выходного трансформатора и обмотки 42 и 45 с включенными последовательно с ними обмотками 36 и 39 выходного трансформатора, причем вторые выводы каждой из последних секций через пары цепочек, содержащих дроссели 19 22, и соединенные последовательно с каждой из них конденсаторы 5-8 подключены к крайним выводам последовательно соепинелных

5 1003 вентилей 1, 2 и 3, 4. Вентили 27-30 подключены попарно первыми выводами навстречу напряжения питания к крайним выводам последовательно соединенных фильтровых конденсаторов 9 и 10, причем вторые выводы этих вентилей подключены к общей точке конденсаторов 58 и коммутирующих дросселей 19, 22, 20 и 21, подключенных к тем же плечам моста, что и конденсаторы 9 и 10. 10

Ограничивающие вентили 31-34 подключены попарно навстречу напряжению питания через насьпиающиеся дроссели 2326 к общим выводам первичных обмоток выходного трансформатора 36, 42 и 45 t5

39 и общим выводам противофазных им пар обмоток 35, 41, 37, 43, 44, 38 и

46, 40 выходного трансформатора. Параллельно вторичной обмотке 47 выходно го трансформатора подключена нагруэ - 20 ка 48.

Все обмотки выходного трансформатора выполнены на одном сердечнике и имеют одинаковое направление включения, что обеспечивает встречное протекание им- 25 пульсов тока через нагрузку при поочередной подаче импульсов управления на вентили 1, 2 и 3, 4.

Инвертор работает следующим образом. 30

От входного источника через фильтровые дроссели 13 и 14 заряжаются фильтровые конденсаторы 5-10 до половины напряжения питания. При отпирании управляемого вентиля 1 импульс тока про35 текает по цепям: вентиль l — конденсатор 11 — параллельно по обмотке 4236 — дросселю 19 — конденсатору 5 и конденсатору 9 и обмотке 41-35 - дросселю 15 — вентилю 1 и одновременно в выходном контура 47-48-47. Если суммарное напряжение на элементах 42, 24 и 44 выше напряжения на конденсаторе 9, а суммарное напряжение на элементах

43, 24 и 45 выше напряжения на кон-. денсаторе 10, то ограничивающие вентили,32 и 33 открываются и ток ограничения напряжения на нагрузке идет по контурам: обмотка 42 - дроссель 25— вентиль 33 — обмотка 44 конденсатор

9 — обмотка 43 — вентиль 32 — дроссель 24 — обмотка 45 — конденсатор

10 и обмотка 43.

После смены полярности напряжения на дросселях 15 и 16, если напряжение на элементах 42, 36 и 19 выше напряжения на конденсаторе 9, суммарное напряжение на элементах 15, 35 и 41 выше напряжения на конденсаторе 5, ro

273 4 открывается вентиль 27 и ток отсечки напряжения на коммутирующем дросселе идет по контурам: обмотка .42-36— дроссель 19 и вентиль 27 - конденсатор 9 — обмотка 42 и обмотка 41 и

35» дроссель 15 — конденсатор 5 и вентиль 27 — обмотка 41. При этом ток в контуре коммутации быстро прекращается, благодаря чему обеспечивается ограничение перенапряжений на элементах инвертора. Если в описанном интервале времени ток в контуре ограничения напряжения на нагрузке падает до нуля, то вентили 32 и 33 закрываются. Следующим тактовым импульсом отпирается вентиль 3 и ток контура коммутации протекает по цепям: вентиль 3 — конденсатор

12 — параллельно по обмотке 45 и 39 дросселю 20 — конденсатору 7 и конденсатору 9 и обмотке 44 и 38 — дросселю

16 и основа вентиль 3, и одновременно в нагрузочном контуре 47-48-47 навст- речу импульсу тока предыдущего raxra.

Если суммарное напряжение на элементах

45, 23 и 41 выше напряжения на конденсаторе 9, а суммарное напряжение на элементах 46, 26 и 42 выше напряжения на конденсаторе 10, то ограничивающие вентили 31 и 34 открываются и ток ограничения напряжения на нагрузке идет по контурам: обмотка 45 — дроссель

23 — вентиль Ç l — обмотка 41 — конденсатор 9 — обмотка 45 и обмотка 46вентиль 34 дроссель 26 — обмотка

42 — конденсатор 10 — обмотка 46. После спадания этого тока до нуля вентиля

31 — 34 закрываются. Если после смены полярности напряжения на дросселях

l6 и 20 суммарное напряжение на элементах 44, 38 и 16 выше напряжения на конденсаторе 7, а суммарное напряжение на элементах 45, 39 и 20 выше напряжения на конденсаторе 9, то вентиль 29 открывается и ток отсечки напряжения на коммутирующем дросселе идет по контурам: дроссель 20 — вентиль 29 -конденсатор 9 — обмотка 45 и 39 — дроссель

20 и дроссель 16 — конденсатор 7 — вентиль 29 — обмотка 44 и 39 — дроссель 16. При этом ток в контуре коммутации быстро прекращается. Далее импульсы управления подаются сначала на вентиль

2, а затем на вентиль 4, При этом процессы в инверторе протекают аналогично. Затем импульс управления подается снова на вентиль 1, и процессы в схеме пов торяю тс я.

Таким образом, при работе на переменную нагрузку в предлагаемой схеме обес7 1003 печивается снижение коммутационных перенапряжений, улучшается форма выходного напряжения.

Формула изобре гения

Последовательный инвертор, содержащий связанный с входными выводами через фильтровые дроссели мост, каждое плечо которого состоит из последователь но соединенных коммутирующего дросселя а управляемого вентиля, а в диагональ переменного тока включены два последовательно соединенных коммутирующих кон-1 ,денсатора, общая точка которых связана со средней точкой цепи негрузки, соединенной с общей точкой двух конденсаторов, фильтра, а также четыре конденсатора и четыре вентиля, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения его надежности путеи улучшения условий коммутации управляемых вентилей, снабжен выходным трансформатором с шестью первичными обмотками, соединенными попер- но согласно-последовательно, четырьмя пооледоваге. ъными цепочками из .ограничивающего вентиля и насыщающегося дросселя, четырьмя допопнительными коммутирующими дросселями, каждый из которых ЗО соединен последовательно с одним из указанных конденсаторов в цепочку, включенную между соответствующими точкой сое273 динения управляемого вентиля с коммутирующим дросселем и концом первой пары первичных обмоток выходного трансформаторе, средняя точка которой соединена с общей точкой коммутирующих конденсаторов непосредственно, а через конденсаторы фильтре - со средними точками второй и третьей обмоток, включенных вторая между коммутирующими дросселями енодной, а третья между коммутирующими дросселями катодной групп вентилей моста и соединенных средними точками через фильтровые дроссели с соответствующими входными выводами, причем средняя точке второй

Ю пары соединена с катодами двух вентилей, а средняя точка третьей пары - с анодами двух других вентилей, свободные электроды которых соединены с общими точками дополни тельных коммутирующих дросселей и конденсаторов, а последовательные цепочки из ограничивающего вентиля и насьпцающегося дросселя включе-. ны между отпайками обмоток первой пары и отпайкеми противсфазных обмоток второй и третьей пар.

Ис гочники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Ав горское свидетельс тво № 525214, кл, Н 02 М 7/537, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

N 610266, кл. Н 02 М 7/515, 1976, 3. Авторское свидетельство СССР № 484611, кл, Н 02 М 7/515р 1972.

1003273

Составитель И. Жеребина

Редактор С. 10ско Техред С»Мигунова Корректор В, Бутяга

Заказ 1584/42 Тираж 685 Подписное

ВНИИГ1И Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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