Автономный инвертор

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в электротехнологии, зарядных преобразователях, источниках питания электрофизических установок. Цель изобретения - параметрическая стабилизация и регулирование мощности, инвертируемой в нагрузку, повышение надежности работы и улучшение формы инвертированного тока. Устройство содержит основную обмотку 1 токоограничивающего реактора и мост на тиристорах 2-5. Токоограничивающий реактор снабжен дополнительной обмоткой 8, подключенной к преобразовательному блоку 11, выход которого подключен параллельно нагрузке 6. В инверторе мгновенное значение тока любого из элементов не превышает тока нагрузки. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧ ЕС1-{ИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1529381

yg 4 Н 02 N 7/521

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ,"--з А ВТОРСКОМ,К СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4386925/24-07 (22) 04.03.88 (46) 15.12.89. Вюл. М 46 (71) Московский энергетический институт (72) А.И. Царенко и А.Д. Ноникашвили (53) 621.314.572 (088.8) (56) Руденко В..С., Сенько В.И., Чиженко И.M. Основы преобразовательной техники. M. Высшая школа, 1980, с. 182.

Вальян P.Х., Сиверс И,А. Тиристорные генераторы и инверторы. Л.:

Энергоиздат, Ленинградское отделение, с ° 77, рис ° 3-9. (54) АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в электротехнологии, зарядных преобразователях, йсточннках питания электрофизических установок. Цель изобретения — параметрическая стабилизация и регулирование мощности, инвертируемой в нагрузку,. повышение надежности работы и улучшение формы инвертированного тока.

Устройство содержит основную обмотку 1 токоограничивающего реактора и мост на тиристорах 2-5. Токоограничиваюший реак|ор снабжен дополнительной обмоткой 8, подключенной к преобразовательному блоку 11, выход которого подключен параллельно нагрузке 6. В инверторе мгновенное значение тока любого из элементов не превышает тока нагрузки. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1529381

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразова,тельной технике, и может быть ис-! пользовано в электротехнологии, за- 5 ,рядных преобразователях, источниках ,питания электрофизических установок.

Целью изобретения является параметрическая стабилизация и Регулирование мощности, инвертируемой в нагрузку, повышение надежности работы и улучшение формы инвертированного тока, На фиг. 1 - 4 приведены приню ципиальные схемы автономных инверто- 15 ров; на фиг.5 и 6 — временные диагаммы токов i и напряжений U.

Автономный инвертор (фиг,i) (.*îäåðит последовательно включенные в цепь ,постоянного тока источника питания основную обмотку 1 токоограничиваюего реактора и мост на тиристорах

2-5, в диагональ которого включены соединенные последовательно нагрузка

6 и конденсатор 7. Дополнительную об- 25 ! мотку 8 токоограничивающего реактора шунтируют в направлении от конца к началу два последовательно соединенных дополнительных тиристора 9 и 10,входящих в преобразовательный блок 11 З0 начало обмотки 1 реактора подключено ,к положительному выводу источника пи-! .,тания, средняя точка обмотки 8 под ключена к одному выводу нагрузки 6, 35

,а общая точка соединения тиристоров 9 и 10 — к другому.

Преобразователь работает следующим образом.

К моменту t (фиг.5) конденсатор ,"заряжен до напряжения источника пи40 тания Е. Ток нагрузки 6 замыкается через тиристор 10 и соединенную с .: ним половину обмотки 8, i — ток на выходе блока 11. В момент to âêëþ.чаются тиристоры 2 и 3, а также пода- 5 ется отпирающий импульс с длительностью, равной полупериоду работы инвертора (Тц„ /2) на тиристор

Ток нагрузки i меняет направление и начинает протекать по контуру, содер 0 жащему последовательно соединенные источник питания Е, оЬмотку 1 реактора, тиристор 2, нагрузку 6, конденсатор ? и тиристор, По этому же контуру начинает перезаряжаться конденсатор 7. Тиристор 10 обесточивается и к нему прикладывается обратное напряжение,- В момент ti напряже ние на конденсаторе достигает значения напряжения источника питания Е и напряжение на обмотках токоограничивающего реактора изменяет знак. Появляется условие для включения тиристора 3, после чего ток нагрузки, сохраняя направление, замыкается через тиристор 9 и соединенную с ннм половину обмотки 8. Остальные элементы инвестора обесточиваются. К тиристорам 2 и 3 прикладывается обратное нл;; яжение и они восстанавливают свои управляющие свойства.

В момент tZ включением пары тиристоров 4 и 5 и подачей отпирающего импульса длительностью Т 4„ц /2 на тиристор 10 начинается следующий полупериод инвертирования. Ток нагрузки б изменяет направление и начинает протекать по контуру, содержащему последовательно соединенные источник питания Е, обмотку 1, тиристор 5, конденсатор 7, нагрузку

6 и тиристор 4. Тиристор 9 обесточивается и к нему прикладывается обратное напряжение.

В момент t напряжение на конденсаторе достигает значения Е и ток нагрузки замыкается через открывшийся тиристор 10 и с".ы:,нненную с ним половину обмотки 8,. Остальные элементы инвертора обесточиваются. Тиристоры 4 и 5 .осстанавливают свои запирающие свойства.

Б момент t < вкпючаются тиристоры

2 и 3, подается отпирающий импульс на тиристор 9 и процессы в преобразователе повторяются.

В автономном инверторе (фиг.2) д-полнительную обмотку 8 токоограниЯ чивающего реактора шунтирует в направлении от конца к началу диагональ постоянного тока моста на дополнительных тиристорах 9, 10, 12, 13, входящего в состав преобразовательного блока 11. Начало обмотки 1 подключено к положительному выводу источника питания, а диагональ переменного тока моста на тиристорах 9, 10, 12, 13 подключена параллельно нагрузке 6.

Преобразователь работает следующим оЬразом.

К моменту t (фиг.5) конденсатор заряжен до напряжения источника питания Е. Ток нагрузки 6 замыкается через тиристор 10, обмотку 8 и тиристор 12. В момент t< включаются %1529381 ристоры 2 и 3, а также подаются отпирающие импульсы с длительностью, равной полупериоду работы инвертора, на тиристоры 9 и 13. Ток нагрузки

Меняет направление и начинает протекать по контуру, содержащему последовательно соединенные источник питания, обмотку 1 реактора, тиристор

2, нагрузку 6, конденсатор 7 и тиристор 3. По этому ж контуру начинает перезаряжаться конденсатор 7.

Тиристоры 10 и 12 обесточиваются и к ним прикладывается обратное напряже- ние.

В момент ". напряжение на конден1 саторе дос гигает значения напряжения источника питания Е и напряжение на обмотках токоограничивающего реактора изменяет знак. Ток 11агрузки начинает замыкаться через тиристоры 9 и

13, а также оЬмотку 8. Остальные элементы инвертора обесточиваются. К тиристорам 2 и 3 прикладывается обратное напряжение.

В момент t включением пары тиристоров 4 и 5 и подачей отпирающих импульсов длительностью Т„„ /2 на тиристоры 10 и 12 начинается следующий полупериод инвертирования. Ток нагрузки 6 изменяет направление и начинает протекать по контуру, содержащему последовательно соединенные источник питания, обмотку 1, тиристор 5 конденсатор 7, нагрузку 6 и тиристор 4 ° Тиристоры 9 и 13 обесточиваются и к ним прикладывается обратное напряжение.

В момент t напряжение на конденсаторе достигает значения Е и ток нагрузки замыкается через открывшиеся тиристоры 10 и 12, а также обмотку 8. Остальные элементы обесточиваются.

В момент t включаются тиристоры

2 и 3, подаются отпирающие импульсы на тиристоры 9 и 13, и процессы в преобразователе повторяются.

Автономный инвертор (фиг.3) дополняется обмоткой сброса 14, подключенной параллельно исгочнику питания через обратный диод 15, включенный встречно по отношению к источнику.

ПреоЬразователь работает следующим образом.

Диод 15 нормально заперт, и дополнительная цепоч-;а не оказывает влияния на работу преобразователя.

При резком уменьшении нагрузки 6

15 инверТот же эффект достигается включением параллельно нагрузке 6 дополнйтельного конденсатора 16 (фиг.4).

ПреоЬразователь функционирует аналогично, но дополнительные тиристоры однооперационные, причем конденсатор

16 осуществляет устойчивую взаимокоммутацию тиристорав 9 (9, 13) и 10

50 (10, 13); к моменту включения следующей пары этих тиристоров конденсатор 16 заряжается встречно по отношению к уже работавшей паре и после включения очередного,очередной па55 ры) тиристора поддерживает по предыдущему (нредыду, ей паре) обратное напряжение до восстановления им (ими) управляющих свойств.

40 увеличивается напряжение на oGMorках реактора и при достижении напряжения на обмотке 8 величины U = 1 8 — Š— Где 0 1 и 11, — числО витков (т Q

14 обмоток 8 и 1 1 соответственно, диод

15 открывается, н излишек энергии, накопившейся в реакторе, сЬрасывв вается" обмо гкой 14 через диод 15 в источник пи.ания.

Исполнени B píòîíîìíîì торе дополнительных тиристоров дв хоперационнь; 1ò пс зволяет " òàá1 .ë>.çîe ть и регулировать передаваемую мощность при постоянной частоте инвертирования.

До момента t (фиг,6) процессы

1 аналогичны гышеописаниым. В момент

f времени t, ток нагрузки замыкается через тиристор 9 (9, 13) и соединенную с ним половину обмотки 8, В

1 момент t1 подается одноврсменнс запирающий импульс на двухоперационный тиристор 9 (9, 13) и отпирающий на двухоперационный тиристор

10 (10, 12). В резулы ате ток нагрузки 6 меняет направление и замы-кается уже через двухоперационный тиристор 10 (1(),12) и соединенную с ним половину обмотки 8. В момент подаются импульсы. отпираю1 щий — на тиристор 9 (9, 13) и .запирающий — на тиристор 10 (10, !2), ток нагрузки снова изменяется в направлении и замыкается по ч ой же цепи, как и в момент t,, и т.д. вплоть до момента t . Б момент t< открывается следующая пара тиристоров

4 и 5, и процессы в преобразователе повторяются.

1529381

Энергия, передаваемая автономным нвертором за период инвертирования (Т „ ) в нагрузку, определяется выражением

W = 2 СЕ2 + 2 СЕ Ц„(К „- 1),, де С вЂ” емкость конденсатора 7;

Бн — напряжение на нагрузке 6;

W1

Ктр

В де W и W — число витков обмоток

1 и 8 соответственно.

Мощность, передаваемая инверто ром в нагрузку, составит

20 — ИНЬ ! где и цра — частота инвертирования °

Как следует из приведенных выраений, при К = 1 мощность, передаваемая устройством в нагрузку, равна

P = 2 СЕ2 К „н и не зависит от параметров нагрузки, что при постоянстве параметров С, Е и Е«„< обеспе чивает параметрическую стабилизацию

1 мощности в нагрузке. ЗС

Регулирование выходного тока и, напряжения возможно как частотным

;способом, так и дискретно переклю, чением отводов обмоток реактора, из меняя таким образом К

В автономном инверторе мгновенное ,, значение тока любого из элементов не превышает тока нагрузки, нет не-! обходимости обеспечивать подготови тельный заряд конденсатора 7 в пус- щ ковых режимах, ослаблено либо отсутствует при К = 1 влияние нагрузки на режим работы преобразователя. Отмеченные особенности автономного инвертора определяют их высокую надежность при изменении нагрузки в широких пределах, вплоть до короткого замыкания.

Потребители энергии в электротехнологии, зарядных преобразователях, электрофизических установках питаются часто постоянным сглаженным током.

Если нагрузка 6 представляет собой цепочку трансформатор — выпрямитель— фильтр — потребитель, то в этом случае 5 оптимальной будет близкая к прямоугольной форма инвертированного тока, так как при это1ч упрощается фильтрация тока после выпрямления и улучшается использование вентильного оборудования. Как видно из фиг.5„ при достаточной величине нндуктивности токоограничивающего реактора автономный инвертор обеспечивает именно такую улучшенную по сравнению с прототипом форму инвертированного тока.

Поскольку ток в нагрузке не может претерпевать резких изменений (последовательно с нагрузкой всегда оказывается включенным ток:ограничивающий реактор), скачкообразное уменьшение нагрузки приводит к соответствующим скачкам напряжения как на нагрузке, так и на элементах схемы. Введение обмотки 14 и диода 15 позволяет заведомо ограничить уровень перенапряW жений величиной U = Е и, таким

И образом, повысить надежность работы схемы при резких уменьшениях нагрузки, которые особенно характерны для потребителей в электрофизике и электротехнологии.

Основной способ регулирования инвертора — частотный, что в случае применения согласующего трансформатора на выходе инвертора прИводит к существенному увеличению его габаритов при работе на и; ль.;. уровнях мощности.

Замена однооперационных тиристоров двухоперационными позволяет поддерживать постоянной частоту инвертирования, регулируя при этом мощность в нагрузке частотой перезаряда конденсатора 7.

Конденсатор 16, включенный параллельно нагрузке, позволяет устойчиво взаимокоммутировать дополнительные однооперационные тиристоры 9, 10 (12 и 13) и таким образом решать задачу поддержания постоянства частоты инвертирования, не прибегая к замене однооперационных тнристоров двухоперационными. Кроме того, конденсатор

16 обеспечивает обратное напряжение на тиристорах 2-5 мостах при их переключении„, повышая надежность работы.

Формула изобретения

1. Автономный инвертор, содержащий подключенный к входным выводам через обмотку токоограничивающего реактора тиристорный мост, в диагональ переменного тока которого включещ соединенные последовательно цепь на1529381 грузки и конденсатор, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью параметрической стабилизации и регулирования мощности, инвертируемой в нагрузку, повышения надежности работы и улучшения формы инвертированного тока, реактор снабжен дополнительной обмоткой и введен преобразовательный блок переменного тока в переменный, подклю-1О ченный своим входом к дополнительной обмотке, а выходом — параллельно цепи нагрузки.

2. Инвертор по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что преобразовательный блок выполнен в виде двух последовательно соединенных дополнительных тиристоров, шунтирующих дополнительную обмотку реактора, выполненную со средней точкой, в направлении от конца к началу, начало обмотки реактора подключено к положительному входному выводу, а к выводам цепи нагрузки подключены средняя точка дополнительной обмотки реактора и общая точка 25 соединения дополнигельных тиристоров преобразовательного блока.

3. Инвертор по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что преобразовательный блок выполнен в виде дополнительного тиристорного моста, диагональю постоянного тока шунтируюцего дополнительную обмoткy or конца к началу, начало основной обмотки реактора подключено к положительному входному выводу, а диагональ переменного тока дополнительного тиристорного моста подключена параллельно цепи нагрузки.

4. Инвертор по пп. 1-3, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности работы при резком уменьшении нагрузки, токоограничивающий реактор снабжен обмст ой сброса энергии, подключенной параллельно входным выводам через;».веденный обратный диод.

5. Инвертор по пп. 1-4; о т л ич а ю шийся тем, что, с целью стабилизации и регулирования выходной мощности при постоянной частоre. инвертирования,тиристоры преобразовательного блока выполнены двухогерационными.

6. Инвертор по пп. 1-4, î r л ич а ю шийся тем> что параллельно цепи нагрузки включен введенный дополнительный конденсатср.

1529381

O: (1у

° с