Регулируемый автономный инвертор

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в установках для индукционного нагрева. Целью является повышение устойчивости работы. Инвертор содержит мост на четырех тиристорах 2-5. В диагональ моста включены коммутирующий дроссель 6 со вторичной обмоткой 7 и коммутирующий конденсатор 8. Катоды возвратных диодов 12, 13 соединены с концами обмоток автотрансформатора 14, средний вывод которых соединен с анодной группой моста, средней точкой цепи из двух конденсаторов 15, 16 через резистор 17. В моменты паузы происходит подзаряд конденсатора 9 от источника питания и уменьшается разность напряжений на конденсаторах 8, 9 /обратное напряжение на тиристорах/. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (ц 4 Н 02 М 7/523

1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4346429/24-07 (22) 21. l2,87 (46) 15.08,89. Бюл. Р 30 (71) Ленинградский электротехнический институт им.В.И.Ульянова (Ленина) (72) С.В.Дзлиев, F.М.Силкин, А.теПоляков и В.Н.Корнеев (53) 621.314.572 (088.8) (56) Донской A.Â., Кулик В.Д. Теория и схемы тиристорньм инверторов повышенной частоты с широтным регулированием напряжения. Л.: Энергия, 1980, с, 124, Авторское свидетельство СССР

Р 875581, кл, Н 02 М 7/515, 1980. (54) РЕГУЛИРУЕМЬ1И АВТОНОМНЫЯ ИНВЕРТОР (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и м.б. использовано в установках для индукционного нагрева. Целью является повышение устойчивости работы. Инвертор содержит мост на четырех тиристорах 2-5.

В диагональ моста включены коммутирующий дроссель 6 со вторичной обмоткой 7 и коммутирующий конденсатор

8еКатоды возвратных диодов 12, 13 соединены с концами обмоток автотрансформатора 14, средний вывод которьм соединен с анодной группой моста, средней точкой цепи из двух конденсаторов 15, 16 через резистор 17.

В моменты паузы происходит подзаряд конденсатора 9 от источника питания и уменьшается разность напряжений а

На конденсаторах 8, 9 (обратное напрнжение на тириетпраж) . 2 е.п. Ф-пы, (/)

С

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке регулируемых источников питания установок индукционного нагрева.

Цель изобретения — повьш ение устойчивости работы, повышение надежности и КПД, На чертеже представлена принципи- tp альная схема инвертора.

Инвертор содержит подключенный через дроссель фильтра 1 тиристорный мост на четырех тиристорах 2-5 с коммутирухнцим дросселем 6, имеющим вто- 15 ричную обмотку 7, и коммутирующим конденсатором 8 в диагонали переменного тока. Параллельно мосту включена цепь иэ последовательно соединенных конденсатора фильтра 9, нагрузки 20

10 и дополнительного дросселя 11.

Разноименные выводы диагонали переменного тока тиристорного моста соединены с анодами возвратных диодов 12 и 13, катоды которых подключены к 25 концам обмоток автотрансформатора 14, средний вывод которого соединен с анодной группой тиристорного моста и средней точкой последовательной цепи иэ конденсаторов 15, 16 через 30 резистор 17. Вторичная обмотка коммутирующего дросселя соединена с выводами переменного тока однофаэного диодного моста 18, отрицательный и положительный выводы постоянного то» 35 ка которого подключены к соответствующим полюсам конденсатора фильтра, Инвертор в установившемся режиме работает следующим образом.

При одновременном отпирании ти- 4р ристоров диагоналей 2, 5 (или 3, 4) начинается колебательный перезаряд коммутирующего конденсатора 8 по цепи

8-5-11 — 10-9-2-6 — 8. Ток через нагрузку 10 изменяет направление и начина- 45 ет протекать в направлении, условно принимаемом за положительное (на чер— теже указано стрелкой). После перезаряда конденсатора 8 и спада колебательного тока рассмотренной цепи до нуля тиристоры 2, 5 выключаются, R работе инвертора наступает пауза, во время которой ток через нагрузку

10 протекает сверху вниз и обеспечивается подзарядом конденсатора филь- 5 тра 9 через дроссель фильтра 1 от источшгка питания. По истечении паузы включаются тиристоры противоположной диагонали (3, 4) и процесы в инверторе повторяются. За один цикл работы всех тиристоров моста 2-5 в нагрузке получают два полных периода выходного переменного напряжения.

При регулировании выходной мощности (мощности, выделяемой в нагруэ— ке) вводят угол задержки между моментами отпирания THpHc òîðoâ катодной группы моста (2 и 5) относительно моментов отпирания тирис торов анодной г руппы (2 и 4), При э I ob на интервале задержки проиг..ходит ча стичный регулируемый разряд кс ммутирующего конденсатора 8 по цепи, не содержащей нагрузку. В этом случае мощность B нагрузке оказывается зависимой от угла задержки и уменьшается при его увеличении.

Например, отпирается тиристор 2.

Начинается колебательный перезаряд конденсатора 8 по цепи 8-13-14-2-6-8 (конденсатор 8 при отпирании тиристора 2 заряжен как показано на чертеже) . В цепь разряда не входит нагрузка 10, Спустя интервал задержки включается тиристор 5, Диод 13 выключается, так как при включении тиристора 5 образуется контур разряда конденсатора фильтра 9 по цепи

9-14-13-5-1t-10-9. Ток контура направлен встречно току диода 13. После запирания диода 13 дальнейший перезаряд конденсатора 8 продолжается по цепи 8-5-11 — 10-9-2-6-8, включающий нагрузку. После спада тока цепи 8-5-11 — 10-9-2-6-8 до нуля тиристоры 2, 5 выключаются, а в работе инвертора наступает пауза. По истечении паузы включается тиристор 4 и далее процессы повторяются (работает диод 12).

Регулируя угол задержки, регулируют уровень энергии, поступающей в нагрузку 10 при перезаряле конденсатора 8, При регулировании в моменты включения тиристоров катодной группы (3, 5) ток возвратных диодов 12 и 13 спадает до нуля и лалее из-за наличия в структуре носителей заряда некоторое время протекает в отрицательном направлении. После рекомбинации носителей заряда в структур» диодов они резко обрывают ток. При этом образуется путь для тока гастей автотрансформатора, вы 3BaIIIIAI о энергией, накопленной в электр она г IIII TIII м поле частей автотрансформат;ра. п цепям

14-16-17 или 14 — 15-ti.

1501235

20

30

40

50

При пречь>!p»H>> напряжением на вторичной обм»тке 7 к«мму гирующего дросc å. >я 6 на>тряжeния »а конденсаторе фильтра 9 происк дит »:пир ние однофазного диодного ь.оста 18 и наг>ряжение »граничивастся на уровне напряжения на фильтровом конденсаторе.

Это позволяет путем соответствующего подбора числа витков обмотки 7 снять коммутационные перенапряжения, возникающие при обрыве тока коммутирующего дросселя 6. Перенапряжения обусловлены энергией, накопленной в электромагнитном поле дросселя 6 при ком- 15 мутации тиристоров и протекания токов заряда емкостей р-п переходов тиристоров при их выключении и обратных токов тиристоров, связанных с накоплением носителей в структуре. Энергия коммутационных перенапряжений велика (особенно на высоких частотах) и рассеивается на элементах инвертора, ухудшая условия их работы, Вторичная обмотка 7 коммутирующего дросселя 6 и однофазнь>й диодный мост

18 представляют рекуперативную цепь, работающую »а снятие коммутационных перенапряжений. При работе моста 18 энергия коммутационных перенапряженый возвращается (рекуперируется) источнику питания инвертора в достаточно полном объеме, Изменения сопротивления нагрузки от номинального значения в сторону

К3 или ХХ приводит к возникновению замкнутых. контуров, включающих реактивные элементы, тиристоры анодной группы и возвратные диоды, отделенных от источника питания, что обусловливает жесткость внешней характеристики. В режиме ХХ (обрыв цепи нагрузки 10) колебания возбуждаются внутри инверторного моста. Тиристоры катоднс и группы (3, 5) при этом не включаются, а коммутирующий конденсатор переэаряжается по цепям 8-13 (12) — 14-2 (4 ) -6-8.

Вторичная обмотка 7 коммутирующего дроссе.пя 6 и диодный мост 18 являются маломощными элементами, раб таю»>им>> только в моменты воэникновения к»ммутационных перенапряжений, По.. тоь>у они не усложняют инверторы и их применение не приводит к росту вес»г,>баритных показателей и замети»му доп»пнительному расходу материалов. Вып»лнение RC-цепи из злементог 15-17 г одним резистором упрощает ее конструкцию и условия охлаждения. Применение указанных элементов существенно повышает устойчивость,КПД и надежнс сть работы инвертора.

По сравнению с прототипом заявляемь»> инвертор имеет более выс»кую устойчивость работы. В моменты паузы происходит подэаряд конденсатора фильтра 9 от источника литания и вертора и уменьшается разность напряжений на коммутирующем конденсаторе 8 и конденсаторе фильтра 9 (обратное напряжение на тиристорах).

Дополнительный разряд коммутирующего конденсатора через обмотки автотрансформатора в прототипе является дополнительным фактором, уменьшаюшим разность напряжений, что приводит к переходу обратного напряжения на тиристоре при восстановлении им управляющих свойств в положительную

«бпасть еще в интервале паузы и резкому сокращению времени, предоставляемого для восстановления управляемости и срыву инвертирования, В заявляемом инверторе, благодаря включению дополнительного возвратного диода, отсутствует цепь разряда коммутирующего конденсатора в интервале паузы и напряжение на нем сохраняется пос тоянным.

Отсутствуют условия для включения возвратных диодов в интервалах спада тока коммутирующего контура, что вызывало затягивание тока через тиристоры опережающей (в данном случае анодной) группы тиристорного моста. сокращение времени, предоставляемое им для восстановления управляющих свойств, нарушение условий коммутации и приводило к срыву инвертирования. Для обеспечения указанных условий коммутирующий дроссель выполнен общим, включен в диагональ переменного тока тиристорного моста, а последовательно с тиристорами не включены индуктивные элементы, Включение дросселя 11 в цепь конденсатора фильтра 9 и нагрузки 10 обеспечивает малый уровень прямого напряжения на тиристорах анодной группы при отпирании тиристоров катодной группы и регулировании эа счет деления суммы напряжений на конденсаторе фильтра 9 и нагрузке 10 между дросселем 11 и работающей частью автотрансформатора 14. Это напряжение

1235

Регулируемьп»:»»нто»»омньп» иннертор, содержа!»п»й подключенные к входСоставитель И.)Керебина

Редактор M. Товтин Техред М. Ходанич Корректор Т.Палий

Эаказ ч887/5 »

Тираж 6»»6

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГЕНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент, r.Óæãîpoä, уч. Гагарина,!(!!

150 может пр»»к»»ад»»няться скачком и приводить к самопроизвольному включению тиристоров янодной группы за счет

»1»! высокого ---- (включение, обусловcl p ленное токами заряда емкостей р-п переходов). Одновременно дроссель 11 выполняет за»»»»»т»»ые Аункции по обегпечению малой скорости нарастания тока тиристоров катодной группь» при регулировании и срыве инвертирования, По сравнению с прототипом дополнительно поньппяется КПД инвертора в режиме максимальной отдаваемой в нагрузку мощности, тяк как отсутствует циркуляционньп» ток разряда коммутирующего кондс.нсатора через обмотки антотра»»сформатора, повышается»»адежность работы инвертора, так как ограничиваются коммутационные перенапряжения при обрыве тока возвратных диодов за счет включения RC-цепи из элементов 15,1б,17, По сравнению с прототипом »»овышается КПП инвертора за счет рекуперапии знер»ии коммутационных перенапряжений, воэникяюпп»х при обрыве тока коммутирующего дросселя б с помощью вторичной обмотки 7 и однофазного диодного могтя 18.

Повьппение устойчивости и надежности работы иннертора заключается в уменьшении количества срывов и»»»зертиронания при работе на нагрузку с изменяющ»»мися параметрами н широких пределах (установка для индукционногo нагрева) и »зыходя тиристоров и диодов из строя из-за коммутационных перенапряжений, воз»»»»каю»»»их при обрыве тока возвратных диодов. ным выводам через дроссель»Ь»»л» тра тиристорный мост с ком»»ут»»рунпп»»м конденсатором в диагонали переменного тока и последонятельную цепочку из конденсатора фильтра и выходных выводов, причем конденсатор фильтра соединен с анодной группой моста, антотрансформятор, первый нознратньп» диод, коммутирующий и дополнительный дроссели, отличающийся тем, что с IJp÷üÿ повьппения устойчивости работы, внеден второй возвратный диод, причем катоды возвратных диодов соединены с концами обмоток антотрянсформатора, аноды — с разноиме»»ными выводами диагонали переменного тока тиристорного моста, гред»н»й нывод обмоток автотрансформатора соедине»» с янодной гру»!»»ой тиристорного моста, н диагональ переменного тока которого последовательно с коммутирующим конденсатором включен коммутирую»»»»»и дроссель, а в упомян тую последовательную цепочку вк»»юче»» дополнительный дроссель.

2. Иннертор по и ° 1, о т л и ч а ю шийся тем, что, с цепью повышения надежности, он снабжен резистором и »»оследоватгзьной цепью иэ двух конденсаторов, вк»»»оченной между катодами возвратных диодов, причем средняя точка конденсаторов гоединена со средним выводом обмоток автотрансформатора через указан»»ый ре35 зистор.

3. Инвертор по пп.1 и 2, о т л и ч а ю и» и и с я тем, что, с целью повышения КПД, он снабжен однофаэным

40 диодш»м мостол», а коммутирук»щий дроссель выполнен с вторичной обмоткой, выводы которой соединены с выводами переменного тока однофаэного диолного моста, подключенного выводами пс— стоянного тока к конденсатору фильт45 ра, причем положительным выводом к анодной группе тиристорного моста.