Последовательный инвертор

 

ПОСЛЕЛОВАТЕЛЬНЫЙ ИНВЕРТОР, содержащий четное число ячеек, каждая из которых состоит из последовательно соединенных тиристора и дросселя , зашунтированных конденсатором , причем одна половина ячеек подключена к положительному выводу первого источника питания, а другая половина - к отрицательному выводу второго источника питания, соединенного согласно-последовательно с первым источником, два последовательно соединенных диода рекуперации. подключенных к упомянутым выводам источников, точка соединения которых черед первичную обмотку выходного трансформатора соединена с точкой соединения указанных диодов, а также обратные вентили по ячеек и блок управления, отличающ и и с я тем, что, с целью упрощения при одновременном повышении выходной мощности путем повышения частоты инвертирования, ячейки соединены попарно-последовательно, а каждый дроссель выполнен двухобмоточным, причем дополнительные обмотки дросселей последовательно соединенных ячеек соединены согласно-последовательно и подключены общим выводом к СО точке соединения диодов рекуперации, а крайними выводами через обратные с вентили - к соответствующим выводам источников питания о

СО!03 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ ЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„5U„„1132772 А1 (g()g V 02 M 7/515

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3567817/07 (22) 28.03.83 (46) 15.07.93. Бюл. V 26 (72) В.P,jlåïï (56) Авторское свидетельство СССР

Ь" 982510, кл. H 02 М 7/515у 1977.

Авторское свидетельство СССР

98251.1, кл. H 02 M 7/515, 1977. (54)(57) ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫИ ИНВЕРТОР, содержащий четное число ячеек, каждая из которых состоит из последовательно соединенных тиристора и дросселя, зашунтированных конденсатором, причем одна половина ячеек под" ключена к положительному выводу пер" вого источника питания, а другая половина - к отрицательному выводу второго источника питания, соединенного согласно-последовательно с первым источником, два последовательно соединенных диора рекуперации, подключенных к упомянутым выводам источников, точка соединения которых чеоез первичную обмотку выходного трансформатора соединена с точкой соединения указанных диодов, а также обратные вентили по чисг(у ячеек и блок управления, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью упрощения при одновременном повышении выходной мощности путем повышения частоты инвертирования, ячейки соединены попарно-последовательно, а каждый дроссель выполнен двухобмоточным, причем дополнительные обмотки дросселей последовательно соединенных ячеек соединены согласно-последовательно и подключены общим выводом к точке соединения диоров рекуперации, а крайними выводами через обратные вентили - к соответствующим выводам источников питания.

1 который содержит коммутирующий 1.Сконтур, ключевые элементы, соединение этих элементов и источников питания мостового типа. Недостатки инвертора: несимметричный режим работы, регулирование только частотно, импульсное, ограничение по величине сопротивления нагрузки.

Известен также последовательный инвертор, содержащий четыре J.Ñ-контура с тиристорами, связанных через диоды с источниками питаНия, и четыре ключевых элемента в цепи нагрузки.

Инвертор обеспечивает симметричную работу преобразователя, но сложен и не

1

Изобретение относится к устройствам для преобразования постоянного тока в переменный с помощью тиристорных инверторов с последовательной коммутацией и может быть использовано в качестве источника питания для индукционного нагрева металлов, а при последующем выпрямлении и уста новке сглаживающих фильтров L или С для регулирования и стабилизации тока или напряжения питания сварочной дуги, электронно-лучевых пушек, электродвигателей„

Известен последовательный инвертор с двумя источниками питания, 1() (М

«4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ »;

1132772 позволяет регулировать выходной параметр, нагрузка должна быть индуктивного характера„

Наиболее близким техническим решег> нием к предложенному являетсл последовательный инвертор, содержащий четное число ячеек, в каждой из которых последовательно включены тиристор и дроссель, зашунтированные конденсатором, четное число диодов рекуперации„ соединенных попарно последовательно - согласно, общая точка соединения диодов подключена к одному выводу первичной обмотки трансформатор,>, второй вывод которой соединен со средней точкой двух последо-, вательно-согласно соединенных источников питания, другие выводы источников питанил, диодов рекуперации и конденсаторов соединены между собой, вентили по числу ячеек и блок управления, Инвертор характеризуется симметричным ре>нимом работы и способностью регулировать выходной параметр 25 по способу широтно-импульсной >лодуллции. Устойчивость инвертирования сохранлетсл при режимах от холостого хода до короткого замыкания. AGHoBным его недостатком является слож- 30 ность, причем частота, реализуемая его схемой, ограничиваетсл временем выключения тиристора, что, естественно, ограничивает его выходную мощность. g5 !елью изобретения является упрощение при одновременном повышении выходной мощности путем повышения час" тоты инвертирования„ ,Члл достижения поставленной цели в последовательном инверторе, содержащем четное число лчеек, каждая из которых состоит и последовательно соединенных тиристора и дросселя, зашунтированных конденсатором, причел> одна половина ячеек подключена к положительному выводу первого источника питания, а другая - к отрицательному выводу второго источника питания, соединенного согласно-последовательно с первыл(источником, два поспедовательно соединен lblx диода рекуперации, подключенных к упомянутым выводам источников, точка соединения которых через первичную обмотку выходного трансформатора соединена с точкой соединения указанных диодов, а также обратные вентили по чиспу ячеек и блок управленил, ячейки соединены попарно-последовательно, а каждый дроссель выполнен двухобмоточным, причем дополнительные обмотки дросселей последовательно соединенных ячеек соединены согласно-последовательно и подключены общим выводом к точке coBpMHGHHR диодоя рекуперации, а крайними выводами через обратные вентили - к соответствующим выводам источников питания.

На с>иг„1 изображена схема последовательного инвертора с частотноимпульсным регулированием выходной мощности; на фиг„2 — схема последова" тельного инвертора с широтно-импульсным регулированием выходной мощности; на фиг.3а-3ж приведены временные диаграммы токов i и напряжений U на элементах схем: на йиг„3а — временная диаграмма напряжения на тиристоре первой ячейки; на фиг„36 — временные диаграммы напряжений на конденсаторах; на Фиг.3в — временная диаграмма тока через первичную обмотку,д росселя; на йиг„3д - временная,,иаграмма напряжения на тиристоре второй ячейки; на йиг.3е - временная диаграмма выходного напря>нения инвертора в режиме холостого хода, на фиг„3ж - временнал диаграмма выходного тока инвертора в режиме короткого замыкания.

Последовательный инвертор (her.1) сандер>нит четное число ячеек 1, 2 состоящих из тиристоров 3, 4 и первичных обмоток 5, 6, дросселей 7, Г, зашунтированных конденсаторами 9, 10, диоды рекуперации 11, 12, соединенные попарно согласно-последовательно, общая точка соединения диодов 11, 12, подключена к одному выводу первичной обмотки трансформатора 13, второй вывод который соединен со средней точкой двух последовательно-,согласно соединенных источников питания

1 > и 15.,Пругие выводы источников питания 1, и 15, диодов рекуперации

ll, 12 и конденсаторов 9, 1.0 соединены между собой„

В устройстве содержатся по числу ячеек обратные вентили 16 и, 17. Рроссель 7 снабжен дополнительной обмоткой 1й, а дроссель R - обмоткой 19, которые включены последовательно с соответствующими вентилями 16, 17 и вместе подключены параллельно к диодам 11, 12 рекуперации, при этом сво1132772 6 точники 14, 15 обладают малым внутренним сопротивлением и в период воэ :. врата энергии в источник напряжение

5 (фиг., Зг) сохраняется постоянным.

Ток (Фиг.Зв) в тиристоре 3 и в об(Т 4, 5 i4, W ) ю где < а < - величина напряжения источников питания 14, 15;

- число витков дополнительной обмотки 10, - число витков первичной обмотки 5.

При поступлении запускающего импульса от блока управления 20 (фиг. 1) на тиристор 3 в момент времени t (фиг.За) тиристор 3 включается, напряжение на нем падает практически до нуля, происходит колебательный перезаряд конденсаторов 9, 10, напряжение U i> соответственно изменяется, как это показано на фиг.Зб. Через. тиристор 3 и первичную обмотку 5 протекает ток i (фиг. Зв), напряжение

U на обмотке 5 соответствует кривой на фиг,Зг, напряжение U на тиристоре

4 соответствует кривой напряжения 0 (фиг. Зд) и повторяет напряжение U y (фиг. Зб) конденсатора 1О„

В момент времени с< (фиг. За) ток (фиг. Зв) первичной обмотки 5 достигает максимума (фиг. Зв), напряжение U (фи r. Зг) становится равным нулю, запас магнитной энергии максимален. .Далее напряжение меняет знак. Такую же форму имеет напряжение U на обмотке 18, т.к. она расположена на том же дросселе 7, что и обмотка 5, величина напряжения U (фиг.3r) на обмотке 18 больше по величине в iS — раз. Вентиль 16 заперт до момента

W времени t > (фиг. За ), когда на пряжение U (фиг . 3r) на обмотке 18 достигает значения Ui4 + U „< „ В момент времени t > (фиг„За) вентиль 16 (фиг.1) открывается и накопленная в дросселе 7 магнитная энергия воэвра" щается в источник питания по цепи: обмотка 18, вентиль 16, источник 14, источник 15, диод рекуперации 12. Ис"

5 бодные концы конденсаторов 9, 10 соединены между собой в ячейках 1 и 2> блок управления 20.

Йнвертор работает следуюшим образом (схема Фиг.1).

Режим. холостого хода (вторичная обмотка трансформатора 13 разомкнута). Напряжение на конденсаторе 9 равно мотке 5 становится равным нулю.

На первичной обмотке трансф6рматора 13 выделяется напряжение Uq

1О (Фиг. Зе), равное по величине В, (диод рекуперации 12 открыт). Энергия, някопленная дросселем 7, полностью возвращается в источники 14, 15 в момент времени t< (фиг. За) (мо15 мент t< определяется равенством ну 4 лю 1 Udt, Фиг. Зг). В момент времени

Ф

t (фиг.За) поступает запускающий имБ пульс на тиристор 4 от блока управления 20 и процессы в схеме повторяются,,отличаясь только тем, что энергия накапливается в дросселе 8 (ячейка 2), а рекуперация энергии происходит по цепи: обмотка 19, диод рекуперации 11, источник 14, источник 15, вентиль 17, напряжение на первичной обмотке трансформатора 13 (фиг.Çe), равное U« rio величине.

В режиме короткого замыкания (вто30 ричная обмотка трансформатора 13 замкнута накоротко) все происходит аналогичным образом, только рекуперация накопленной энергии происходит на один из источников 14 или 15, что

35 вызывает уменьшение напряжения на конденсаторе 9 до величины — а на конденсаторе 10

W1

14,15 W g (ячейка 2) до 2 U а + U««

40 Иis — ток (Фиг. Зж) через трансфорУ

6 матор 13 имеет пилообразную Форму, а ъ время протекания полуволны тока примерно в два раза больше, чем время

45 приложения напряжения Ур (Фиг. Çe) в режиме холостого хода.

Инвертор, выполненный по схеме фиг.1, обеспечивает регулирование мощности в нагрузке только по час50 тотно-импульсному способу, Удвоив число ячеек и каналов рекуперации, как это представлено на

Фиг.2, можно реализовать широтноимпульсный метод регулирования мощ" ности в нагрузке.На Фиг .2 введены ячейки 21, 22, состоящие из тиристоров 23, 24 конденсаторов 25, 26, дросселей 27, 28 с обмотками 29, 30

1132772

s1 и дополнительными обмотками 31, 32, вентили 33, 34.

При олнояременном включении тиристоров 3, 23 и аналогичных процессах, 5 рассмотренных выше, энергия поступает в нагрузку через обмотки 18,3(.

Вторая полуволна выходного напрян<ения U„ (her. Зе) формируется тиристорами 4, 24 и энергия вводится в нагрузку ; рез обмотки 19, 32. Данный режим соответствует максимальному значению мощности в нагрузке.

При одновременном включении тиристоров 3, 24 или 4, 23 (ячейки 2 и 3) токи нагрузки вычитаются и выходная мощность равна нулю.

Посредством изменения величины сдвига фаз между импульсами запуска от блока 20 достигаются промежуточ- 20 ные значения выходной мощности.

Достоинства предлагаемых схем ин- верторов: схема оиг,1 - простота, нет необходимости вводить элементы, снижающие значения скорости нарастания тока и напряжения на тиристорах, т.к. дроссели ограничивают первое, а конденсаторы - второе, в интервале отдачи энергии в нагрузку к тиристору прикладывается обратное напряжение, этот интервал составляет 20-30 мкс, что определяет выходную частоту в нагрузке .(20-25 кГц), в момент включения тиристора обратное значение обратного напряжения невелико, что снижает мощность потерь в тиристоре при выключении.

Схема фиг.2 позволяет выполнять регулирование мощности по широтноимпульсному способу.

1132772

Корректор И,Обручар

Заказ 2835 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101

У(2) Ю

Редактор Г. Берсенева Техред М.Моргентал

t г