Автономный резонансный инвертор

 

Изобретение относится к электротехнике , а именно к силовой преобразовательной технике, и м.б. использовано в источниках питания для устройств индукционного нагрева и плавки. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет повышения предельной выходной частоты. Устр-во содержит входной индуктивно-емкостный фильтр 1 - 3. Между секциями 2, 3 конденсаторной батареи включен индуктор 4, шунтированный компенсирующей конденсаторной батареей 5. В плечах однофазного вентильного моста б находятся тиристоры 7-10 прямого тока и тиристоры 11-14 встречного тока. Батарея коммутирующих конденсаторов и коммутирующие реакторы, включенные последовательно в диагональ моста 6, разбиты на две последовательно соединенные секции . Одна из них образована реактором 15 и конденсатором 17, а другая - реактором 16 и конденсатором 18. Тр-ры 19 - 22 тока соединены с блоками 23 - 26 формирования импульсов управления тиристорами 11-14. После окончания интервала проводимости тиристора прямого тока отпирание тиристора встречного тока того же плеча происходит спустя период выходного напряжения. 5 ил. « С 3 сл с

СОЮЗ CGBЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (м)ю Н 02 M 7/523

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4683348/07 (22) 25 04 89 (46) 07.05.91. Бюл. t4 17 (71) Северо-Западный заочный политехнический институт (72) Г.В.Ивенский, О.M.Ïåòðîâ, Г.Я.Рубинштейн и А.Н.Шварц (53) 621.314.572 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 235177, кл. Н 02 М 7/523, 1967, .

Авторское свидетельство СССР

th 312349, кл. Н 02 M 5/42, 1969. (54) АВТОНОМНЫЙ РЕЗОНАНСНЫЙ ИНВЕРТОР (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к силовой преобразовательной технике, и м.б. использовано в источниках питания для устройств индукционного нагрева и плавки. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей эа счет повышения предельЯ2 „„1647817 А1 ной выходной частоты. Устр-во содержит входной индуктивно-емкостнцй фильтр 1—

3. Между секциями 2, 3 конденсаторной батареи включен индуктор 4, шунтированный компенсирующей конденсаторной батареей 5. В плечах однофазного вентильного моста 6 находятся тиристоры 7 — 10 прямого тока и тиристоры 11 — 14 встречного тока, Батарея коммутирующих конденсаторов и коммутирующие реакторы, включенные последовательно в диагональ моста 6, разбиты на две последовательно соединенные секции, Одна из них образована реактором 15 и конденсатором 17, а другая — реактором

16 и конденсатором 18. Тр-ры 19 — 22 тока соединены с блоками 23 — 26 формирования импульсов управления тиристорами 11 — 14, 3

После окончания интервала проводимости тиристора прямого тока отпирание тиристора встречного тока того же плеча происходит спустя период выходного напряжения.

5 ил.

1В47817

20

25 тока

Изобретение относится к электротехнике, а именно к силовой преобразовательной технике, и может быть использовано в источниках питания для устройств индукционного нагрева и плавки.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет повышения предельной выходной частоты, На фиг. 1 изображена схема инвертора; на фиг. 2 — 4- временные диаграммы напряжений и токов; на фиг. 5 — модификация устройства, Автономный резонансный инвертор (фиг. 1) содержит входной индуктивно-емкостный фильтр 1, 2, 3. Его конденсаторная батарея разбита на две секции 2 и 3, которые соединены последовательно через включенную между ними цепь нагрузки, выполненную в виде индукторэ 4, шунтированную компенсирующей конденсаторной батареей 5. Параллельно цепи, образованной конденсаторами фильтра 2 и 3 и индуктором 4, включен однофазный вентильный мост 6, в плечах которого находятся тиристоры прямого тока 7 — 10 и тиристоры 11—

14 встречного тока, причем входной зажим моста 6, связанный через реактор входного фильтра 1 с положительным зажимом источника питания, объединяет аноды тиристоров 7 и 8 прямого тока и катоды тиристоров

11 и 12 встречного тока тех же плеч моста. другой входной зажим моста 6, присоединенный к отрицательному зажиму источника питания, объединяет катоды тиристоров

9 и 10 прямого тока и аноды тиристоров 13 и 14 встречного тока тех же плеч моста.

Батарея коммутирующих конденсаторов и коммутирующие реакторы, включенные последовательно в диагональ вентильного моста 6, разбиты на две последовательно соединенные секции, Одна из них образована реактором 15 и конденсатором 16, а другая — реактором 17 и конденса.тором 18. Реакторы 15 и 17 имеют одинаковую индуктивность, а конденсаторы 16 и 18 — одинаковую емкость.

Крайний вывод обмотки реактора 15 подключен к точке соединения цепей тиристоров 7 и 9 прямого тока, отпайка обмотки этого реактора подключена к точке соединения цепей тиристоров 11 и 13 встречного тока тех же плеч моста, э второй крайний вывод обмотки реактора 15 присоединен к конденсаторной батарее 16. Крайний вывод обмотки реактора 17 подключен к точке соединения цепей тиристоров 8 и 10 прямого тока, отпайка обмотки этого реактора подключена к точке соединения тиристоров 12 и 14 встречного тока тех же плеч моста, э второй крайний вывод обмотки реактора 17 присоединен к конденсаторной батарее 18.

Общая точка конденсаторных батарей 16 и

18 соединена со средней точкой индукторэ 4, В инвертор введено четыре трансформатора тока 19 — 22 и четыре блока формирования импульсов управления тиристоров

23 — 26 встречного тока, При этом первичная обмотка трансформатора 19 тока введена в цепь тиристора 7 прямого тока, а его вторичная обмотка соединена с блоком 24 формирования импульсов управления тиристора

12 встречного тока, Первичная обмотка трансформатора 20 тока введена в цепь тиристора 8 прямого тока, а его вторичная обмотка соединена с блоком 25 формирования импульсов управления тиристора 13 встречного тока. Первичная обмотка трансформатора 21 тока введена в цепь тиристора 9 прямого тока, а его вторичная обмотка соединена с блоком 26 формирования импульсов управления тиристора встречного тока l4. Первичная обмотка трансформатора 22 тока введена в цепь тиристорэ 10 прямого тока, а его вторичная обмотка соединена с блоком 23 формирования импульсов управления тиристора 11 встречного

В граничном режиме (фиг. 2) на интервале проводимости тиристора 7 прямого тока, оказывается замкнутым контур, образованный конденсатором фильтра 2, тиристором 7, коммутирующим реактором

15, коммутирующим конденсатором 16 и правой половиной индуктора 4.

Конденсатор 16 заряжается в этом интервале времени таким образом, что его верхняя по схеме обкладка получает положительный потенциал, Ток в контуре изменяется во времени по колебательному закону. В момент времени, когда этот ток достигает нулевого значения и тиристор 7 закрывается, в блоке 24, связанном с анодной цепью тиристора 7 через трансформатор 19 тока, формируется импульс управления, который отпирает тиристор 12 встречного тока, Тем самым замыкается контур, образованный коммутирующим конденсатором 18, коммутирующим реактором 17, тиристором 12, конденсатором фильтра 2 и правой половиной индукторэ 4.

Ток в контуре течет за счет энергии, sanaсенной в конденсаторе 18, нижняя обкладка которого имеет положительный потенциал.

В момент времени, когда ток тиристорэ 12, изменяющийся по колебательному закону, достигает нулевого значения и тиристор запирается, подается импульс управления на тиристор прямого тока 10,. При этом тиристор 10 отпирается, замыкая тем самым контур, включающий в себя конденсатор

1647817 фильтра 3, левую половину индуктора 4, коммутирующий конденсатор 18, коммутирующий реактор 17 и тиристор 10. В данном интервале времени конденсатор 18 перезаряжается и его нижняя по схеме обкладка приобретает отрицательный потенциал. В момент времени, когда ток тиристора 10 достигает нулевого значения и этот тиристор запирается, в блоке 23, связанном с анодной цепью тиристора 10 через трансформатор 22 тока, формируется импульс управления, который отпирает тиристор 11 встречного тока. При этом начинается разряд коммутирующего конденсатора 16 по контуру: коммутирующий реактор 15, тиристор 11 встречного тока, конденсатор фильтра 2, правая половина индчктора 4, коммутирующий конденсатор 16. Дальнейшее отпирание тиристоров производится в следующей очередности: 9, 14, 8, 13, после чего снова отпирается тиристор 7 прямого тока.

Иэ временной диаграммы видно, что период Т тока индуктора 1, являющийся периодом выходного напряжения инвертора, представляет собой сумму интервалов проводимости одного тиристора прямого тока и одного тиристора встречного тока, т.е. он в четыре раза ниже периода управления Т.

Таким образом, выходная частота предлагаемого инвертора в четыре раза выше часто1 ты управления f> = — .

Т„

При повышении частоты управления f> рассмотренный граничный режим работы инвертора сменяется режимом непрерывного тока, в котором очередной тиристор прямого тока отпирается в интервале проводимости тиристора встречного тока (фиг.

3}, т.е. тиристор 10 отпирается в интервале проводимости тиристора 12, тиристор 9 — в интервале проводимости тиристора 11, тиристор 8 — интервале проводимости тиристора 14 и тиристор 7 — в интервале проводимости тиристора 13. Благодаря подключению тиристоров встречного тока к отпайкам реакторов 15 и 17 контуры коммутации тока с тиристора 12 на тиристор

10 и с тиристора 14 на тиристор 8 содержат часть обмотки реактора 17, а контуры коммутации тока с тиристора 11 на тиристор 9 и с тиристора 13 на тиристор 7 — часть обмотки реактора 15, Поэтому длительность процесса коммутации t получается конечной, и ток вступающего в работу тиристора

df — нарастает плавно. Снижение — при б( включении тиристоров приводит к облегчению условий их работы.

При понижении частоты управления 1„ граничный режим работы инвертора сменяется режимом прерывистого тока, в котором между интервалами проводимости тиристоров встречного тока и следующими за ними интервалами проводимости тиристоров прямого тока имеются паузы (фиг. 4).

Параметры колебательного контура, образованного индуктором 4 и компенсирующей конденсаторной батареей 5, настраиваются на частоту, близкую к выходной частоте инвертора. Поэтому во всех режимах работы инвертора — граничном (фиг.

2),непрерывного тока (фиг. 3) и прерывистого тока (фиг. 4) — кривая тока индуктора 14 имеет практически синусоидальную форму; а амплитудное значение тока индуктора значительно превышает амплитудные значения тока тиристоров, Во всех режимах работы инвертора после окончания интервала проводимости тиристора прямого тока отпирание тиристора встречного тока того же плеча вентильного моста происходит не сразу, а только спустя промежуток времени, равный периоду выходного напряжения Т. Полярность напряжения на присоединенной к данной паре тиристоров батарее коммутирующих конденсаторов такова, что к тиристору прямого тока в течение всего этого промежутка времени оказывается приложенным обратное напряжение. В течение наступающего затем интервала проводимости тиристора встречного тока к тиристору прямого тока этого же плеча моста также приложено обратное напряжение (в граничном режиме и режиме прерывистого тока к тиристору прямого тока приложено обратное напряжение в течение всего интервала проводимости тиристора встречного тока, а в режиме непрерывного тока — до момента начала очередной коммутации тока). Поэтому суммарный интервал времени, в течение которого к тиристору прямого тока после окончания его проводимости прикладывается обратное напряжение (т.е, интервал времени, в течение которого этот тиристор должен успеть выключиться)„в граничном режиме и режиме прерывистого тока выражается формулой

tg = T + temp, где Ьстр — интервал проводимости тиристоров встречного тока, а в режиме непрерывНОГО ТОка тд = Т+ t встр где т встр — интервал проводимости тиристора встречного тока без учета интервала коммутации:

t встр 1 встр 1

1 47817 конденсаторов, о т л и ч а ющи и с,я тем, что, с целью расширения функциональных 50 возможностел за счет повышения предель-ной выходной частоты, в качестве вентилей встречного тока использованы тиристоры, в

Таким образом, повышенное значение времени, предоставляемого на восстатовление управляющей способности тиристоров, обеспечивает повь шенную предельную частоту работы инвеотора, что позволяет расширить функциональные возможности устройства.

Цель изобретения достигается также при применении модификации силовой схемы инвертора (фиг, 5). В отличие от инвертора, выполненного по схеме (фиг. 1), .в

>лнверторе (фиг, 5) батарея компенсирующих конденсаторов состоит из двух одинаковых последовательно соединенных секций 27 и 28, и общая точка этих секций соединена с общей точкой батарей коммугирующих конденсаторов 16 и 18. Средняя точка индуктора 4 в инверторе (фиг. 5) не используется. Г!ринцип действия инверторов (фиг. 1 и 5) аналогичен, их предельная частота тоже одинакова.

Формула изобретения

Автономный резонансный инвертор, содержащий входной индуктивно-емкостный фильтр, в цепь конденсаторной батареи которого включена цепь нагрузки, шунтированная компенсирующей конденсаторной батареей, а —àê:æå включенный параллельно входнь.м выводам через реактор входного фильтра однофазный вентильный мост, в плечах которого включены тиристоры прямого тока и вентили встречного тока, причем входной вывод моста, связанный через реактор входного фильтра с положительной входным выводом, объединяет аноды тирисТор98 прямого тока первого и Второго пле ча и катоды вентилей встречного тока тех же плеч, другой входной вывод моста, присоединенный к отрицательному входному выводу, обьединяет катоды тиристоров прямого тока третьего и четвертого плеча и анода вентилей встречного тока тех же плеч, а диагональ моста между общей точкой цепей тиристоров прямого тока нечетных плеч и общей точкой цепей тиристоров прямого тока четных плеч образована последовательным соединением коммутирующего реактора и батареи коммутирующих

2ц

30 инвертор введены четыре трансформатора тока и.четыре блока формирования импульсов управления тиристоров встречного тока, конденсаторная батарея входного фильтра состоит из двух секций, соединенных последовательно через цепь нагрузки, батарея коммутирующих конденсаторов и коммутирующий реактор составляют две одинаковые секции, причем крайний вывод обмотки коммутирующего реактора первой секции подключен к точке соединения цепей тиристоров прямого тока нечетных плеч вентильного моста, отпайка обмотки этого реактора подключена к точке соединения тиристоров встречного тока тех же плеч моста, второй крайний вывод обмотки коммутирующего реактора первой секции присоединен к первой секции батареи коммутирующих конденсаторов, крайний вывод обмотки коммутиругощего реактора второй секции подключеч к точке соединения цепей тиристоров прямого тока четных плеч вентильного моста, отпайка обмотки эгого реактора подключена к точке соединения тиристоров встречного тока тех же плеч моста, второй крайний вывод обмотки коммутирующего реактора второй секции присоединен ко второй секции батареи коммутирующих конденсаторов, а общая точка коммутирующих конденсаторов обеих секций соединена со средней точкой цепи нагрузки, при этом первичная Обмотка первого трансформатора тока введена в цепь тиристора прямого тока первого плеча, а его вторичная обмотка соединена с блоком формирования импульсов управления тиристора встречноr0 тока второго плеча, первичная обмотка второго трансформатора тока введена в цепь тиристора прямого тока второго плеча, а его вторичная обмотка соединена с блоком формирования импульсов управления тиристора встречного тока третьего плеча, первичная обмотка третьего трансформатора тока введена в цепь тиристора прямого тока третьего плеча, а его вторичная обмотка соединена с блоком формирования импульсов управления тиристоров. четвертого плеча, первичная обмотка четвертого трансформатора тока введена в цепь тиристора прямого тока четвертого плеча, а его вторичная обмотка соединена с блоком формирования импульсов управления тиристора встречного тока первого плеча.

1647817

Фиг. Г

1647817

Составитель 8. Поляков

Техред М.Моргентал

Корректор Т. Малец

Редактор М. Бланар

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

Заказ 1411 Тираж 398 Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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