Инвертор

 

Использование в преобразовательной технике для индукционного нагрева металлов. Сущность изобретения: устройство содержит мост на тиристорах ( обратными диодами (), два коммутирующих LC-контура 11-14. Фильтровые дроссели 16, 23 снабжены промежуточными отводами и выполнены на магнитных сердечниках, что позволяет создать оптимальные условия для запирания тиристоров на интервале восстановления их управляемости. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУЬЛИН (1% а» (д1)5 Н 02 Н 7/523

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И AA TOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И (ЛНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4828329/07 (22) 24,05.90 (46) 23.05.92, Бюл. 19 (71) Опытно-конструкторское бюро

"Параметр" при Коммунарском горнометаллургическом институте (72) С.Л.Ламанов, Ю.С.Ткаченко, В.И.Ушаков, А.И.Комиссаренко, Г.Н.Горбачев, В.Н.Кривоносов, Б.Г.Игнат,ьев, В.Г.Дзигарь, А.Л.Тур и И.ЕСДизенко (53) 621. 314.572(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР 1304155, кл, Н 02 Н 7/523, 1987.

Авторское свидетельство СССР 1513596, кл. Н 02 Н 7/523, 1989.

Е. И. Беркович и др. Тиристорные преобразователи повышенной частоты для электротехнологических установок. Л.: Знергоатомиздат, 1983, с.50, рис,2.20а.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может бьть ис" пользовано для индукционного нагрева металлов.

Известен инвертор, содержащий подключенные через 4ильтровые дроссели к входным выводам фильтровый конден" сатор, мост тиристоров и мост обрат" ных вентилей, выводы переменного тока которого связаны с выводами переменного тока моста тиристоров через конденсаторы смещения, а к одному выводу переменного тока моста обратных вентилей подключен конденсатор последовательного коммутирующего (54) ИНВЕРТОР

t (57) Использование в преобразовательной технике для индукционного нагре.ва металлов. Сущность изобретения: устройство содержит мост на тиристпрах (1-4) -с обратными диодами (5-8), два коммутирующих LC-контура 11-14.

Фильтровые дроссели 16, 73 снабжены промежуточными отводами и выполнены на магнитных сердечниках, что позяоляет создать оптимальные условия для запирания тиристоров на интервале восстановления их управляемости. 2 ил.

LC-контура, а также нелинейные дроссели и цепь нагрузки, он снабжен дополнительным LC-контуром, соединенным последовательно с основным через цепь нагрузки и подключенным к другому выводу переменного тока моста обратньь< .вентилей, а нелинейные дроссели включены последовательно С тиристорами моста, образуя выводы пере" менного тока последнего.

Недостатком известного инвертора является то, что напряжение обеспе" чивается применением дополнительных конденсаторов смещения, емкость каж" дого из которых соизмерима с емкостью, 1735989 фильтрового конденсатора. Такие средства, используемые в инверторе, усложняют схему и черезмерно увеличивают массогабаритные показатели -и себестоимость инвертора.

Известен резонансный инвертор, содержащий мост обратных диодов, подключенных диагональю постоянного тока встречно к входным выводам, причем диагональ переменного тока упомянутого моста соединена с диагональю переменного тока тиристорного моста, в которую включена последовательная цепочка из коммутирующего дросселя, конденсатора и цепи нагрузки, он снабжен дополнительным коммутирующим трансформатором, первичная обмотка которого включена в диагональ переменного тока мостов, а каждый тиристор моста подключен к входным выводам через одну из четырех вторичных обмоток коммутирующего трансформатора, каждая из которых включена согласно с первичной обмоткой. Таким образом, известно включение коммутирующего трансформатора. для повышения надежности путем создания обратного напряжения на тиристорах на интервале восстановления управляемости, Недостатком известного резонансного инвертора является то, что применение такого способа повышения надежности требует применения специального дополнительного оборудования существенно увеличивающего массогабаритные показатели и себестоимость установки.

Наиболее близким по технической сущности является инвентор, содержащий фильтровь>й конденсатор, где цепочки из двух последовательных тиристоров и две цепочки из двух последовательных обратных диодов, причем общая точка тиристоров первой тиристорной цепочки соединена с общей точкой обратных диодов первой диодной цепочки, общая точка тиристоров второй тиристорной цепочки соединена с общей точкой обратных диодов второй диодной цепочки, а общие точки тиристоров первой и второй.тиристорных цепочек соедине" ны между собой через последовательно включенные коммутирующий конденсатор, коммутирующий дроссель и цепь нагрузки, а соответствующие выводы тири- ° сторных и диодных цепочек, а также выводы фильтрового конденсатора подключены через фильтровые дроссели к входным выводам;

Недостатком инвертора является то, что напряжение на тиристорах на интервале: восстановления близко к нулю, что увеличивает вдвое их реальное время восстановления и снижает надежность работы инвертора. щ Целью изобретения является повышение надежности работы инвертора путем создания обратного напряжения на тиристорах на интервале восстановления управляемости, Поставленная цель достигается тем, что инвертор, содержащий две цепочки из двух последовательно соединенных тиристоров, к выводам первой из которых подключен фильтровой

3) конденсатор, и две цепочки из двух. последовательно соединенных обр*тных . диодов, причем общая точка тиристоров первой тиристорной цепочки соединена с общей точкой обратных диодов 5 первой диодной цепочки и с первым выходным выводом, общая точка ти» ристоров второй тиристорной цепочки соединена с общей точкой обратных диодов диодной цепочки, а также два со30 единенных с входными выводами фильтровых дросселя и основной коммутирую" щий LC-контур, снабжен дополнительным коммутирующим 1.С-контуром и дополнительным филЬтровым конденсатором, подключенным параллельно второй ти35

5 ристорнои цепочке, общая точка тиристоров которой соединена с вторым вы" ходным выводом, однополярные выводы фильтровых конденсаторов соединены через основной и дополнительнь1й коммутирующие LC-контуры, параллельно которым подключены обмотки фильтрпвых дросселей, снабженных магнитными сердечниками, причем обмотки выполнены

4$ со средними выводами, подключенными к входным выводам, а полуобмотки дросселей снабжены промежуточными выводами, подключенными к соответствующим выводам диодных цепочек.

В предлагаемом интервале для этих целей используются элементы, котсрые являются органическими частями схемы инвертора — фильтровые дроссели.

Сопоставительный анализ показы- . вает, что в сравнении с прототипом

55 их необходимо снабдить магнитными сердечниками и всего лишь тремя дополнительными промежуточными выводами. . Подбором числа витков частей обмо5

173 ток фильтровых дросселей, включенных в тиристорно-диодные ячейки инвертора, можно обеспечить оптимальные условия

pllR запирания тиристоров,

В схеме используются дополнительные фильтровый конденсатор и коммутирующий ЬС-контур. Однако их использование практически не отражается на массогабаритных показателях и себестоимости инвертора. Действительно, суммы емкостей и реактивных мощностей двух фильтровых конденсаторов заявляемого инвертора соответственно равны емкости и реактивной мощности фильтрового конденсатора прототипа.

Это же относится и к соотношению емкостей и реактивных мощностей коммутирующих конденсаторов, т.е. сумма емкостей и реактивных мощностей двух коммутирующих конденсаторов предла гаемого инвертора равны соответственно емкости и реактивной мощности коммутирующего конденсатора прототипа .

Таким образом, в предлагаемом инверторе предста вляется, возможным обеспечить оптимальные условия для запирания тиристоров, что повышае надежность работы инвертора, без применения специального оборудования, увеличения массогабаритных показателей и себестоимости инвертора .

На фиг. 1 изображена принципиаль.ная электрическая схема инвертора, на фиг. 2 - то же, но с иным способом включения цепи нагрузки.

Инвертор содержит две цепочки из последовательно соединенных тиристоров 1, 2 и 3, 4, две цепочки 3 посгдовательно соединенных обратных диодов 5, 6 и 7, 8. Общая точка тиристоров 1, 2 соединена с общей точкой диодов 5, 6, а общая точка тиристоров 3, 4 - с общей. точкой обратных диодов 7, 8. Между общими точками . обратных диодов 5, 6 и 7, 8 включена нагрузка 15. Параллельно тиристорам

1, 2 включен фильтровый конденсатор

9, а параллельно тиристорам 3, 4 дополнительный фильтровый конденсатор

10. Обмотка фильтрового дросселя 16 подключена к анодам тиристоров 1, 3, а обмотка фильтрового дросселя 23к катодам тиристоров 2, 4, Филътровые дроссели 16 и 23 выполнены на магнитных сердечниках. Параллельно o6= мотке дросселя 16 включена цепочка иэ последовательно соединенных ком

5989 6 мутирующего конденсатора 11 и комму- тирующего дросселя 13, составляющих основной коммутирующий контур J.Ñ, а

5 параллельно обмотке дросселя 23 цепочка из последовательно соединенных коммутирующего конденсатора 12 и коммутирующего дросселя 14, составляющих дополни тел ь ный коммутирующий

10 LC-контур. Общая точка полуобмоток

17, 18 фильтрового дросселя 16 под" ключена к положительному выводу источника питания, а общая точка полуобмотбк 24, 25 фильтрового дрос11 селя 23 - к отрицательному выводу источника питания. Промежуточные дополнительные выводы обмоток фильтровых дросселей 16, 23 подключены: полуобмотки 17 - к катоду обратного

20 диода 5, полуобмотки I8 - к катоду обратного диода 7, полупбмотки"24к аноду обратного диода 6 и полуобмотки 25 - к аноду обратного диода 8.

25, 19, 20, 21, 22 - части полуобмоток

17 и 18 фильтрового дросселя 16 на магнитных сердечниках, а 26, 27, 28, 29 - части полуобмоток 24 и 25 фильт рового дросселя 23 на магнитных серЗО дечниках.

Емкости конденсаторов 9 и 10, 11 и 12 соответственно равны, Равны также индуктивности дросселей 13 и

14.

На фиг. 2 нагрузка 15 включена в рассечку между тиристорами тиристпрных цепочек и между обратными диодами диодных цепочек.

Схема, изображенная на фиг.l, работает следующим образом. При включении тиристоров 1, 4 начинаются колебательные заряды коммутирующих конденсаторов 11 и 12 с одинаковой частотой в контурах 10-13-11-1-1515

4-10- и 9-1-15-4-14-12-9. К концу первого полупериода собственной частоты основного и дополнительного ком-. мутирующих 1.С-контуров 11, 13 и 12, 14 конденсатор 11 заряжается до на50 пряжения большего, чем напряжение конденсатора 10,. а конденсатор 12до напряжения большего, чем напряжение конденсатора 9, ток тиристоров 1, 4 спадает до нуля.

Во второй полупериод происходит частичный разряд коммутирующих конденсаторов 11 и 12 в контурах

11-13""10-29-8-15-5-19-11 и

12-14."29-8-15-5-19-12. При этом,к

46

55

7 1 частям обмоток 20, 21, 22 фильтрового дросселя .16 прикладывается напряжение первого дополнительного фильтрового конденсатора 10 плюс напряжение .на нагрузке 15 и части об моток 29 фильтрового дросселя 23, а к частям обмоток 26, 27, 28 фильтрового дросселя 23 прикладывается напряжение фильтрового конденсатора 9 плюс напряжение на нагрузке 15 и части обмотки 19 фильтрового дросселя 16. Напряжения, прикладываемые к частям обмоток 20, 21, 22 и 26, 27, 28, трансформируются в части обмоток 19 и 29 и прикладываются к тиристорам 1 и 4 в запирающе% полярйости в контурах 19-5-1-19 и 29-48-29. К концу второго полупериода частичный разряд коммутирующих кон-. денсаторов 11, 12 прекращается и обратные диоды 5, 8 закрываются. В третий полупериод включаются тиристо ры 2, 3 и происходит перезаряд конденсаторов 11 и 12 до полярности, указанной в схеме в скобках в контурах 11-l3-3-15-2-9- 11 и 12-,14-10-315-2-!: . Полярность напряжения на обмотках Фильтровых дросселей 16, 23 меняет свой знак, чем обеспечивается работа магнитных сердечников с полным циклом перемагничивания. . К концу третьего полупериода коммутирующий конденсатор 11 перезаряжается до напряжения большего, чем напряжение на фильтровом конденсаторе

9, а коммутирующий конденсатор 12до напряжения большего, чем напряжение на. дополнительном фильтровом конденсаторе 10, ток тиристоров 2, 3 спадает до нуля. В четвертый полупериод происходит частичный разряд коммутирующих конденсаторов 11, 12 в контурах 11"9-26-6-15-7"22"13"

11 и 12-26-6-15-7"22-10-14-12. При этом к частям обмоток 19, 20, 21 фильтрового дросселя 16 прикладывается напряжение фильтрового конденсатора 9 плюс напряжения на .нагрузке 15 и на части обмотки 26 фильт рового дросселя 23 в контуре 9-1920-21-7-15-26-9, а н частям-обмоток

27, 28, 29 фильтрового дросселя 23 прикладывается напряжение дополнительного фильтрового конденсатора

10 и плюс напряжения на нагрузке l5 .и на части обмотки 22 фильтрового дросселя 16 s контуре 10-22-7-15-627-28-29-10.

735989 8

Напряжения, прикладываемые к частям обмоток 19, 20,21 и 27-28, 29, трансформируются в части обмоток 22 и 26 и прикладываются к тиристорам

3 и 2 в запирающей полярности в кон- турах 22-7-3-22 и 26-2-6-26. К концу четвертого полупериода частичные разряды коммутирующих конденсаторов 11 и 12 прекращаются и обратные диоды

6, 7 закрываются.

На этом цикл работы инвертора заканчивается. При необходимости удвоения частоты на выходе нагрузка 15 может быть включена в рассечку между тиристорами тиристорных цепочек. и между диодами диодных цепочек, как это показано на фиг.2. При этом работа инвертора принципиально не

20 меняется.

Таким образом, благодаря использованию фильтровых дросселей, выполненных на магнитных сердечниках и снабженных дополнительными промежу25 точными выводами, с помощью которых в рассечку каждой тиристорно-диодной цепочки включены части обмоток лросселей, на интервале восстановления управляемости создаются оптимальные условия для запирания тиристоров, что существенно повышает надежность работы инвертора, Формула изобретения

Инвертор, . содержащий две цепочки из двух последовательно соединенных тиристоров, к выводам первой из ко" торых подключен Фильтровой конденса- . тор, и две цепочки из двух последовательно соединенных обратных диодов, причем общая точка тиристоров первой тиристорной цепочки соединена с об" щей точкой обратных диодов первой диодной цепочки и с первым выходным выводом, общая точка тиристоров второй тиристоррой цепочки соединена с общей точкой обратных диодов второй диодной цепочки, а также два соединенных с входными выводами фильтровых дросселя и основной коммутирующий

LC-контур, о т л и .ч а ю щ и и Ь я тем, что, с целью повышения надежности путем создания обратного на- . пряжения на тиристорах на интервале восстановления управляемости, он снабжен дополнительным коммутирующим

ЬС-контуром и дополнительным фильтровым конденсатором, подключенным

9 173 5989 10 параллельно второй тиристорной це- женнь|х магнитными сердечниками, при-= почке, общая точка тиристоров которой чем обмотки выполнены со средними соединена с вторым выходным выводом, выводами, подключенными к входным однополярные выводы фильтровых кон- выводам, а полуобмотки дросселей денсаторов соединены через основной

5 снабжены промежуточными выводами, поди дополнительный коммутирующие 1.С-кон- ключенными к соответствующим выводам туры, параллельно которым подключень1 диодных цепочек. обмотки Фильтровых дросселей, снабЛ О

1735989 (0

Составитель Ю.Ткаченко

Техред M.Дндык Корректор А.Обручар

Редактор g.Бер

Заказ 1В23 Тираж Подписное

ЗНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Й-35, Раушская наб., д ° 4/5

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