Последовательный автономный инвертор

 

ОПИСАНИЕ щмм

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик 1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61} Дополнительное к авт. саид-ву (22) За"влеио 23. 03; 79 (21) 2739785/24-07 81) М. КП. с присоединением заявки М

Н 02 N 7/515

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 150383. Бюллетень йо10 (331УДК 621. 314..572(088.8) Дата опубликования описания 15. 03. 83

В.В.Шипицын, В.И.Лузгин., A.A..Hîâmêîâ, A.A.Рухман., В.В.Дрягин, A.Â.Aáðàìîâ, О.Л.Кузнецов, Д.B =.×óðêmí, В.Г.Сафин, Г.H.Ягодов,-В.Н.Макаров, Ф.Н.Маричев

: и Н;С.Маринин

Уральский ордена Трудового Красного Знамени

-политехнический институт им. С.М.Кирова (72) Авторы изобретения (71} Заявитель (54) IIOCJIEgOBATEJIbHbIA ABTOHONHbIA ИНВЕРТОР

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть ис пользовано для питания индукционных нагревательных установок, а также в ультразвуковой технологии.

Известен ряд схем последовательных инверторов, в которых рекуперация избыточной реактивной энергии, запасенной в коммутирующих контурах, осуществляется непосредственно с коммутирующих дросселей в источник питания и нагрузку 1 1 1.

Однако достаточно эффективное ограничение нагряжения на элементах таких инверторов достигается .лишаь в том случае, когда весь коммутирующий дроссель вынесен из моста инвертора и охвачен контуром сброса избыточной реактивной энергии.

При этом к прямым вентилям в момент включения противофазных вентилей прикладывается полное напряжение коммутирующего конденсатора, которое оказывается все же высоким. Помимо этого, сброс избыточной .реактивной энергии, запасенной в коммутирующих дросселях осуществляется на до.полнительно введенные конденсаторы, не участвующие в формировании тока моста инвертора, что.приводит к возрастанию относительного объема

Э и стоимости фильтрового контура.

Известна также схема последовательного инвертора, содержащая два вентильных моста, подключенных через фильтровые дроссели к входным за-. жимам, в диагонали переменного тока которых включены коммутирующие LC-контуры, и фильтровый конденсатор. В этой схеме сброс избыточной реактивной энергии накопленной в коммутирующих контурах осуществляется посредством вентилей встречно-параллельного включения в фильтровый кон денсатор -и нагрузку Q2), . Недостатком такой схемы являет-. ся то, что на интервале времени, предоставляемом для восстановления управляемости, к прямым вентилям прикладывается малое обратное напряжение, что приводит к-возрастанию времени, необходимого для восстановления их управляемости, и к снижению предельно допустимой частоты инвертирования. Такая схема способна.работать в режимах, близких к короткому замыканию, однако при уве- . личении эквивалентного сопротивления нагрузки снижается время, предоставляемое для восстановления управ1005254 ляемости прямых вентилей, что приводит к срыву процесса инвертирования.

Наиболее близким к предлагаемому является инвертор, содержащий два тиристорных моста, в диагональ переменного тока каждого иэ которых включена цепочка, состоящая из двух конденсаторов, соединенных через коммутирующий дроссель, включенный в диагональ переменного тока моста 10 обратных вентилей, две последовательные цепочки, включенные каждая между разноименными группами тиристорных мостов и состоящие из фильтрового конденсатора и дополнительного коммутирующего дросселя, причем одна обкладка фильтрового конденсатора второй последовательной цепочки соединена с анодной группой второго тиристорного моста, а дру" гая его обкладка — с анодной группой моста обратных вентилей, соединенного катодной группой с анодной группой первого тиристорного моста, емкостной элемент, связанный с выходными выводами и шунтированный двумя цепочками, состоящими каждая из последовательно соединенных встречного вентиля и индуктивного элемента, а также два фильтровых дросселя 3).

Недостатками данной схемы являются повышенная емкость фильтровых конденсаторов, т.е. велика установленная мощность, а следовательно, и стоимость. Кроме того, велик уровень гармонических составляющих в выходном токе, что затрудняет питание нагрузки, обладающей значительной нелинейностью, какими являются, например, магнитострикционные ультразвуковые преобразователи. 40

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и удешевление.

Поставленная цель достигается тем, что инвертор снабжен двумя вспомогательными коммутирующими дросселями, а в качестве индуктивных элементов использованы две первичные обмотки выходного трансформатора, первая из которых связана с катодной группой второго моста обратных вентилей; с точкой соединения первой последовательной цепочки и вспомогательного коммутирующего дросселя, включенного между укаэанной цепочкой и анодной 55 группой второго тиристорного моста, и через первый фильтровой дроссельс положительным входным выводом, а вторая первичная обмотка связана с анодной группой первого моста обрат- 60 ных вентилей, с точкой соединения второй. последовательной цепочки, с другим вспомогательным коммутирующим дросселем„ включенным между указанной цепочкой и катодной группой пеРвого тиристорного моста, и через второй фильтровой дроссель с отрицательным входным выводом, причем одна обкладка фильтрового конденсатора первой последовательной цепочки соединена с катодной группой первого тиристорного моста, а другая его обкладка — с катодной группой первого моста обратных вентилей, анодная группа которого соединена с катодной группой второго тиристорного моста.

Емкостной элемент может быть выполнен в виде одного конденсатора, а первичные обмотки выходного трайс-. форматора снабжены промежуточными отводами, соединенными каждый с соответствующими фильтровым и вспомогательным коммутирующим дросселями, а концы обмоток, соединенные с обкладками конденсатора, подключены к соответствующим мостам обратных вентилей.

Кроме того, инвертор может быть снабжен дросселем насыщения, а емкостной элемент выполнен в виде двух . последовательно соединенных конденсаторов, каждый из которых шунтирован соответствующей указанной цепочкой иэ встречного диода и первичной обмотки через дроссель насыщения, причем концы первичных обмоток, подключенные к конденсаторам, соединены с соответствующими фильтровыми дросселями и соответствующими мостами обратных вентилей, а другие их концы — с коммутирующими дросселями.

На фиг.l и 2 представлены схемы инвертора.

Инвертор содержит два моста на тиристорах 1-8, мосты обратных вентилей 9-16, всречные вентили 17 и 18, коммутирующие конденсаторы 19-22, коммутирующие дроссели 23 и 24, по-следовательные цепочки, состоящие из дополнительных коюаутирующих дросселей 25 и 26 и фильтровых конденсаторов 27 и 28, вспомогательные коммути . рующие дроссели 29 и 30, конденсатор

31, выходной трансформатор 32 с двумя первичными обмотками 33 и 34 и вторичной обмоткой 35, к которой подключена нагрузка 36, фильтровые . дроссели 37 и 38.

Схема на фиг.2 содержит дроссель насыщения 39 и второй конденсатор 40.

Инвертор (фиг.1) работает следующим образом.

В первом такте открываются тиристоры 1 и 2 и ток протекает по контурам 27-25-33-1-19-23-20-2-27 и

3l-l-19-23-20-2-30-34-31. Величина индуктивности каждого из коммутирующих дросселей 25, 26, 29 и 30 выбирается в два раза больше, чем индуктивность дросселей 23 и 24. Это обеспечивает равенство напряжений на всех

1005254 коммутирующих дросселях, поскольку ж. каждый такт. работы инвертора по диагональному дросселю протекает сумма токов, протекающих через дроссели, включенные последовательно с фильтровыми конденсатораья.При этом в момент включения тиристоров 1 и 2 вентили 9 и 12 остаются закрытыми, поскольку в контурах 23-9-25-33-31-12-23 и

23-9-27-30-34-12-23 напряжения на коммутирующих дросселях, полярность которых указана на Фиг.l, уравновешены и к вентилям 9 и 12 будет приложено обратное напряжение, равное питающему. Во второй половине полупериода тока, когда напряжение на 15 коммутирующих дросселях принимает полярность, укаэанную на Фиг.l (в скобках) и сумма этих напряжений превосходит напряжение питания, до которого- заряжены фильтровые кон- 20 денсаторы 27 и 28, открываются вентили 10 и 11. С этого момента прекращается ток по тиристорам 1 и 2 и перезаряд коммутирующих конденсаторов 19 и 20 на заданном уровне и 25 йротекает ток сброса избыточной реактивной энергии, запасенной в комму тирующих дросселях 23, 25 и 30, по контурам 23-10-25-33-31-11-23 и

23-10-27-30-34-11-23. При этом ток сброса протекает по первичным обмоткам выходного трансформатора в том же напряжении, что и ток прямых тиристоров инвертора 1 и 2. В нагрузке 36 токи, протекающие через первичные обмотки, суммируются.

Во втором такте открываются тиристоры 5 и 6 и ток протекает вначале по контурам 31-33-29-5-21-24-22-6-31 и 28-5-21-24-22-6-34-34-26-28, а затем, когда открываются вентили

14 и 15, протекает ток сброса избыточной реактивной энергии, накопленной в коммутирующих дросселях по контурам 24-14-31-34-26-15-24 и

24-14-33-29-28-15-24. При этом ток 45 тиристоров и ток сброса протекает IIo первичным обмоткам в другом направлении по отношению к току первого такта. Таким образом, за два такта работы инвертора формируется полный пе- 50 риод выходного тока. В следующих тактах работы инвертора, когда откры- ваются тиристоры 3, 4 и 7 и 8 процес. сы повторяются аналогично описанному.

С возрастанием сопротивления нагрузки увеличивается напряжение на первичных обмотках выходного трансФорматора, которое прикладывается к мостам инвертора и критическая величина амплитуды которого составляет Q)

0,8-0,9 от питающего напряжения. Ог. раничение выходного напряжения на . заданном уровне достигается путем сброса избыточной энергии, запасенной в нагрузке, и созданием дополнитель- 65 ных путей высокочастотного тока мостов инвертора через встречные вентили помимо первичных обмоток.

Встречные вентили 17 и 18 открываются в разные полупериоды выходного напряжения.и ток сброса излишней энергии, накопленной в нагрузке, протекает по контурам 33-30-17 и

34-18-30. Регулирование соотношения вольтодобавочных витков и витков первичной обмотки позволяет регулирбвать уровень ограничения напряже- . ния, прикладываемого к мостам инвертора. .В схеме, изображенной на рис.2, ограничение напряжения на первичных обмотках выходного трансформатора достигается путем сброса избыточной энергии, накоплвивой в нагрузке, и создания путей высокочастотного тока мостов инверторе;помимо пер,вичных обмоток, когда открываются вентили 17 и 18. Эти вентили открываются с момента, когда напряжение на первичных .обмоткаХ превзойдет на,пряжение на конденсаторах 31 и 40 и протекает ток сброса избыточной энергии в нагрузке по контурам 33-31-39-17-33 и 34-18-39-40. Ограничение амплитуды напряжения на первичных обмотках возможно от уровня, равного половине питающего напряжения, до которых заряжены конденса оры 31 и 40, включенные последовательно по отношению к источнику питания, и выше в зависимости от времени перемагничивания дросселя 39.

Формула изобретения

1. Последовательный автономный ннвертор; содержащий два тиристорных моста, в диагональ переменного тока каждого из которых включена цепочка, состоящая из двух конденсаторов, соединенных через коммутирующий дроссель, включенный в диагональ переменного тока моста обратных вентилей, две последовательные цепочки, включенные каждая между разноименными группами двух тиристорных мостов и состоящие из .фильтрового конденсатора и дополнительного коммутирующего дросселя, причем одна обкладка Фильтрового конденсатора второй последовательной цепочки соединена .с анодной группой второго тиристорнаго моста, а другая его обкладка - с анодной группой моста обратных вентилей, соединенного катодной группой с анод. ной группой первого тиристорного моста, емкостной элемент, связанный с выходными выводами и шунтированный двумя цепочками, состоящиьж каждая из последовательно соединенных встречного вентиля и индуктивно- . го элемента, а также два фильтровых

1005254 дросселя., отличающийся тем ; что, с целью расширения Функцио., нальных возможностей и удешевления, он снабжен двумя вспомогательными коммутирующими дросселями, а в ка- честве индуктивных элементов ис5 польэованы две первичные обмотки выходного трансформатора, первая из которых Связана с катодной группой второго моста обратных вентилей, с точкой соединения первой последова- 10 тельной цепочки и вспомогательного коммутирующего дросселя, включенного между указанной цепочкой и анод. ной группой второго тиристорного моста, и через первый фильтровой )5 дроссель - с положительным входным выводом, а вторая первичная обмотка связана с анодной группой первого моста обратных вентилей, с точкой соединения второй последовательной цепочки, с другим вспомогательным коммутирующим дросселем, включенным между указанной цепочкой и катодной группой первого тиристорного моста, и через второй фильтровой дроссель с отрицательным входным выводом, причем одна обкладка фильтрового конденсатора первой последовательной цепочки соединена с катодной группой первого тиристорного моста, а.другая его обкладка - с катодной группой первого моста обратных вентилей, анодная группа Которого соединена с катодной группой второго тиристорного моста.

2. Инвертор по п.l, о т л и ч а ю шийся тем, что емкостной элемент выполнен в виде одного конденсатора, а первичные обмотки выходного трансформатора снабжены промежуточными отводами, соединенными каждый с соответствующими фильтровым и вспомогательным коммутирующими дросселями, а концы обмоток, соединенные с обкладками конденсатора, подключены к соответствующим мостам обратных вентилей.

3. Инвертор по п.1, о т л и ч а ю. шийся тем, что он снабжен дросселем насыщения, а емкостной элемент выполнен в виде двух последовательно соединенных конденсаторов, каждый иэ которых шунтирован соответствующей указанной цепочкой через дроссель насыщения, причем концы первичных обмоток, подключенные к конденсаторам, соединены с соот» ветствующими Фильтровыми дросселями и соответствующими мостами обратных вентилей, а другие их концы — с коммутирующими дросселями.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 601576, кл. Н 02 М 7/515, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

9 425283, кл. H 02 И 5/42, 1974.

3. Авторское свидетельство СССР по, заявке Р 2730527/07, кл. Н 02 М 7/515, 1979.

l005254

1005254

Закаэ 1921/74

Тираж 685 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород,ул.Проектная,4