Резонансный инвертор

 

Использование: в преобразовательной технике. Сущность изобретения: устройство содержит мостовой коммутатор на управляемых силовых ключах 3 - 6 с резонансной цепью 7, образованной соединением последовательного и параллельного колебательных контуров, и диоды 14-17. В устройстве ограничиваются на заданных уровнях входной ток резонансной цепи при кз. и выходное напряжение цепи при хх как при регулировании инвертора изменением частоты преобразования так и путем широтно-импупьсной модуляции с постоянной частотой . Параметры ряда элементов резонансной цепи находятся в определенном соотношении 4 ия

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5025195/07 (22) 03.02.92 (46) 30.11.93 Бюл. hh 43-44 (76) Яшкин Виктор Иванович (54) РЕЗОНАНСНЫЙ ИНВЕРТОР (57) Использование: в преобразовательной технике.

Сущность изобретения: устройство содержит мостовой коммутатор на управляемых силовых ключах

3 — 6 с резонансной цепью 7, образованной соеди(ю) RRU U(11) 2004058 С1 (5i) 5 НОЗМ7 523 нением последовательного и параллельного колебательных контуров, и диоды 14 — 17. В устройстве ограничиваются на заданных уровнях входной ток резонансной цепи лри кз. и выходное напряжение цепи лри хх как при регулировании инвертора изменением частоты преобразования, так и путем широтно-импульсной модуляции с постоянной частотой Параметры ряда элементов резонансной цепи находятся в определенном соотношении. 4 ил.

2004058

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в преобраэвателях постоянного напряжения в переменное, а также в качестве промежуточного звена высокой частоты.

Известен преобразователь постоянного напряжения в постоянное, выполненный на основе инвертора тока с последовательным контуром коммутации, содержащий мостовой тиристорный коммутатор, своими 10 выводами постоянногго тока последовательно с двумя реакторами подключенный соответственно к плюсовому и минусовому выводам питающего источника постоянного тока, а к выводам переменного тока коммутатора соответственно подключены последовательно соединенные конденсатор и первичная обмотка разделительного трансформатора, вторичная обмотка которого нагружена на мостовой выпрямитель и 20 нагрузку, два диода, при этом анод первого и катод второго диодов подключены к точке, соединения конденсатора и первичной обмотки, катод первого диода подключен к плюсовому выводу источника постоянного 25 тока, а анод второго - к его минусовому выводу (1).

При подаче импульсов управления на пары накрестлежащих тиристоров коммутатора последние поочередно открываются и, 0 работая в режиме естественной коммутации, формируют переменный ток, протекающий через первичную обмотку трансформатора. Естественная коммутация тиристоров и гладкая форма тока обеспечи- 85 ваются совокупностью двух реакторов и конденсатора, образующих последовательный колебательный контур с частотой резонанса, близкой к частоте преобразования.

Для обеспечения коммутационной устойчи- 40 вости работы преобразователя при различных нелинейных нагрузках и при перегрузке по выходу, через два диода, подключенных к общей точке соединения конденсатора и первичной обмотки, осуществляется реку- 45 перацйия части формируемого переменного тока или "сброс" части циркулирующей в преобразователе реактивной мощности в цепь источника питания, т.е. на вход коммутатора. В результате достигается необходи- 50 мая "жесткость" внешней характеристики преобразователя, т.е. ее крутизна, при достаточном коммутационном запасе устойчивости, а также некоторое снижение амплитуд всплесков перенапряжений на ти- 55 ристорах и реактивных элементах коммутирующей резонансной цепи.

Однако во всех режимах работы, в том числе и в предельном при перегрузке, преобразователь должен иметь повышенную величину установленной мощности, а силовые вентили (тиристоры, диоды рекуперации) и элементы резонансной цепи дополнительно нагружены реактивной составляющей тока рекуперации, В результате собственные энергоемкости элементов цепи должны иметь такую величину, чтобы обеспечивалась коммутационная устойчивость и непрерывность формируемогО тока во всех режимах работы на всем диапазоне регулирования, что снижает КПД преобразователя, ухудшает его массогабаритные показатели, а также затрудняет регулирование по частоте (диапазон регулирования по частоте ограничен величиной превышения установленной мщности преобразователя).

Кроме того, в режимах короткого замыкания и холостого хода, соответствующих крайним точкам частотного диапазона, возможна неуправляемая "раскачка" колебательного контура коммутирующей цепи, т.е. нарастание амплитуд тока через силовые вентили и элементы цепи, а соответственно и амплитуд перенапряжений на них, вплоть до аварийных величин.

Наиболее близким по технической сущности является последовательно-параллельный резонансный инвертор напряжения, содержащий входной конденсатор (емкостный накопитель), мостовой коммутатор на управляемых силовых ключах, шунтированных обратными диодами, резонансную цепь, нагруженную через разделительный трансформатор на выпрямитель с фильтром, образованную соединением последовательного и параллельного колебательных контуров, соответственно состоящих из первых конденсатора, реактора и вторых конденсатора. реактора, причем выводы входного конденсатора и выводы постоянного тока коммутатора подключены к входным плюсовому и минусовому выводам инвертора, вывод первого конденсатора соединен с выводом первого реактора, а другой вывод этОго конденСатора - с выводом переменного тока коммутатора, другой вывод первого реактора соединен с выводами вторых конденсатора, реактора и с входным выводом инвертора. а другие выводы вторых конденсатора, реактора - c другим выводом переменного тока коммутатора и выходным выводом инвертора (2).

При работе инвертора в режимах короткого замыкания на выходе и холостого хода, соответствующих крайним точкам диапазона регулирования путем изменения частоты преобразования, либо длительности проводящего состояния соответствующих управляемых ключей коммутатора за цикл

2004058 .

5 10

25

50 г:реобразования. т.е, регулирования с помощью широтно- импульсной модуляции

{ ЗИМ) с постоянной частотой, возможна неуправляемая "раскачка" колебательных контуров резонансной цепи, т.е, возрастание амплитуд тока через силовые ключи, обратные диоды и реактивные элементы последовательного контура при перегрузках и коротком замыкании на выходе, либо возрастание амплитуд напряжения на реактивных элементах параллельного контура и соответственно на выходе инвертора при холостом ходе. вплоть до аварийных величин. Кроме того, в последнем режиме работы возрастает и ток последовательного контура, а следовательно, и токовая загрузка силовых ключей.

При выполнении силовых ключей на тиристорах в предельных режимах возможна потеря устойчивости работы инвертора вследствие нарушения естественной коммутации тиристоров из-за снижения относительной величины емкостной реакции резонансной цепи, приводящей к уменьшению необходимого запаса по времени на выключение и восстановление запорных свойств коммутирующих силовых вентилей (тиристоров и обратных диодов), вплоть до критических величин, что может привести к аварийному "опрокидыванию" инвертора.При выполнении силовых ключей на транзисторах последние работают в предельных режимах с принудительной коммутацией, а при нелинейной нагрузке - и со значительной величиной угла фазового сдвига между гладким входным током резонансной цепи и питающим ее.переменным, кусочно-прерывным (прямоугольной формы с нулевой паузой) выходным напряжением коммутатора, т,е. происходит выход работы инвертора из энергетически оптимального режима бестоковой коммутации. Вследствие этого увеличиваются коммутационные потери в силовых ключах и всплески амплитуд перенапряжений на реактивныхэлемен -ах, а тем самым и необходимые для безаварийной работы установочные мощности резонансной цепи и всего инвертора.

Целью изобретения является уменьшенле установочной мощности за счет снижения токовой загрузки и перенапряжений слловых ключей и реактивных элементов резонансной цепи путем ограничения на заданных уровнях входного тока цепи при коротком замыкании и выходного напряжения цепи при холостом ходе как при регулировании инвертора изменением частоты преобразования. так и путем широтно-импульсной модуляции с постоянной частотой, Цель достигается тем, что резонансный инвертор, содержащий входной конденсатор, мостовой коммутатор на управляемых силовых ключах, шунтированных обратными диодами, резонансную цепь, образованную соединением последовательного и параллельного колебательных контуров, соответственно состоящих из первых конденсатора, реактора и вторых конденсатора, реактора, причем выводы входного конденсатора и выводы постоянного тока коммутатора подкючены параллельно к входным плюсовому и минусовому выводам инвертора, вывод первого конденсатора соединен с выводом первого реактора, другой вывод первого реактора соединен с выводами вторых конденсатора и реактора и с выходным выводом инвертора, другой вывод второго реактора соединен с выводом переменного тока коммутатора и с другим выходным выводом инвертора, снабжен третьим, четвертым конденсаторами и четырьмя диодами, причем вывод третьего конденсатора соединен с другим выводом переменного тока коммутатора, а другие выводы первого и третьего конденсаторов соединены с анодом первого и катодом второго диодов, вы-: вод четвертого конденсатора соединен с другим выводом второго реактора, а другие выводы второго и четвертого конденсатьоров соединены с анодом третьего и катодом четвертого диодов, катоды первого и третьего диодов соединены с плюсовыми входным выводом инвертора, а аноды второго и четвертого диодов - с минусовым входным выводом, при этом резонансные частоты последовател ьн ого колебател ьного контура, образованного совокупностью емкостей первого, третьего конденсаторов и индуктивностью первого реактора и параллельного колебательного контура, образованного совокупностью емкостей второго, четвертого конденсаторов и индуктивностью второго реактора. одинаковы и равны собственной резонансной частоте цепи, отношение волновых сопротивлений параллельного контура к последовательному равно К, отношение суммы емкостей первого, третьего конденсаторов к емкости первого задает уровень M ограничения тока через силовые ключи коммутатора и элементы последовательного KOH тура npH KopoTKQM замыкании нд выходе инвертора (коэффициент перегрузки по току), а отношение суммы емкостей второго, четвертого конденсаторов к емкости второго задает уровень К ограничения напряжения на выходе инвертора и на элементах параллельного контура при холостом ходе (коэффициент перегрузки по напряжению), причем числа

2004058

N,М,K — любые вещественные, начиная

c N 1, M>1,К>1.

Сопоставительный анализ с прототипами показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых элементов: третьим, четвертоым конденсаторами, четырьмя диодами, их связями с остальными элементами схемы, а также выполнением физических соотношений и числовых параметров ряда элементов схем. Таким образом, заявляемый резонансный инвертор соответствует критерию изобретения "новизна", Сравнения заявляемого решения не только с прототипами, но и с другими техническими решениями в данной области техники, не позволили выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипов, что позволило сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

На фиг.1 изображена принципиальная электрическая схема резонансного инвертора; на фиг.2- представлены формы кривых токов и напряжений при работе инверитора в нормальном режиме с частотым регулированием (а) и с широтно-импульсным (б); на фиг,3 представлены формы кривых токов и напряжений при работе инвертора в предельных режимах с частотным регулированием в крайних точках диапазона при коротком замыкании (к.з,) на выходе (а) и при холостом ходе (x.х,) инвертора (б); на фиг,4 представлены формы кривых токов и напряжений при работе инвертора в предельных режимах с широтно-импульсным регулированием, при коротком замыкании (а) и при холостом ходе (б), Резнансный инвертор, выполненный по схеме на фиг.1, содержит входной конденсатор 1, мостовой коммутатор 2 на управляемых силовых ключах 3- 6 (тиристорах либо транзистрах), шунтированных обратными диодами, резонансную цепь 7, образванную соединением последовательного и параллельного колебательных контуров, соответственно состоящим из первых конденсатора 8, реактора 9 и вторых конденсатора 10, реактора 11, третий, четвертый конденсаторы 12,13, четыре диода 1417, причем выводы входного конденсаттора

1 и выводы постоянного тока коммутатора 2 подключены параллельно к входным "+" и

"-" выводам инвертора, вывод первого конденсатора 8 соединен с выводом первого реактора 9, другой вывод реактора 9 соединен с выводами второго конденсатора 10, второго реактора 11 и с выходным выводом инвертора, другой вывод реактора 11 соединен с выводом переменного тока коммутатора 2 и с другим выходным выводом

55 параллельного контура при холостом ходе (коэффициент перегрузки по напряжению), Резонансный инвертор (фиг.1) работает следующим образом, При выполнении управляемых силовых ключей 3 - 6 коммутатора 2 на тиристорах и при регулировании инвертора путем изменения частоты преобразования co = 2л; /Т соответствующие импульсы управления подаются на пары накрестлежащих тиристоров коммутатоора 2, В результате пары тиристоров поочередно открываются и в сО вокупности с резонансной цепью 7 формируют переменное прямоугольной формы (кусочно-непрерывное) напряжение - v u переменный, гладкий с квазисинусоиадальной формой входной ток i, изменяющиеся с частотой преобразования м. При частоте в, близкой к собственной основной резонансной частоте а о цепи 7, коммутатор 2 инвертора, вывод третьего конденсатора 12 соединен с другим выводом переменного . тока коммутатора 2, а другие выводы первого и третьего конденсаторов 8,12 соединены

5 с анодом первого и катодом второго диодов

14,15, вывод четвертого конденсатора 13 соединен с другим выводом второго реактора

11, а другие выводы второго и четвертого конденсаторов 10, 13 соединены с анодом и

10 катодом четвертого диодов 16,17, катоды первого, третьего диодов 14,16 оединены с

"+" входным выводом инвертора, а аноды второго, четвертого диодов 15,17 соединены с "-" входным выводом, при этом резо15 нансные частоты й)1, NZ последовательного колебательного контура, образованного совокупностью емкостей

C>, Cz первого, третьего конденсаторов 8,12 и индуктивностью . первого реактора 9 и

20 параллельного колебательного контура, образованного совоупностью емкостей Сз, С второго, четвертого конденсаторов 10,13 и индуктивностью Lz второго реактора 11, одинаковы и равны собственной резонанс25 ной частоте м, цепи 7, отношение волновых сопротивлений параллельного контура р к последовательному р> равно N, отношение суммы емкостей CI+Cz первого, третьего конденсаторов 8,12 к емкости С>

30 первого 8 задает уровень М ограничения тока через силовые ключи 3 - 6 коммутатора 2 и элементы 8,9,12 последовательного контура при коротком замыкании на выходе инвертора (коэффициент перегрузки по то35 ку),а отношение суммы емкостей Сз+Са второго, четвертого конденсаторов 10,13 к емкости Сз второго 10 задает уровень К ограничения напряжения е на выходе инвертора и на элементах 10, 11,13

2004058

rf>1 = 1./ работает B режиме естественной коммутации, при которой переключения тиристоров осуществляются в моменты переходов iu напря>кения ч через ноль при отсутствии, либо достаточно малом емкостном фазовом сдвиге между ними. Вследствие этого обеспечивается незначительная, вплоть до полного отсутствия, циркуляция в инверторе реактивной мощности, а также нулевая токовая загрузка соответствующих силовых ключей в моменты коммутации (фиг.2,а), Приближение к синусоидальной форме тока i обеспечивается последовательным колебательным контуром, образованным совокупностью конденсаторов 8,12 и реаг,тором 9, с соответствующими емкостями С>, Сг и индуктивностью L>, с резонансной частотой (круговой), равной

Переменный ток I питает параллельный колебательный контур, образованный совокупностью конденсаторов 10,13 и реактором 11, с соответствующими емкостями

Сз, С4 и индуктивностью г, с резонансной частотой (круговой), равной

Ю2 = (Сз + С4 > .2

В результате переменное напряжение е, вырабатываемое параллельным контуром, а следователльно, и выходное напряжение инвертора имеет близкую K синусоидальной форму с малыми искажениями.

Известно, что минимально-фазовая последовательно-параллельная (канонической формы) пассивная электрическая цепь высокого порядка имеет основные и сопряженные к ним собственные резонансные частоты, соответствующие расположению нулей и полюсов системной функции цепи в плоскости комплексной частоты. В рассматриваемом случае цепь 7 является минимально фазовой цепью четвертого порядка (по наличию реактивных элементов), следовательно, она имеет физически реализуемые одну основную резонансную частоту во и пару сопряженных к ней частот = Q, зависящих от постоянных параметров элементов цепи 7. Изменяя частоту подачи импульсов управления на силовые ключи коммутатора 2 относительно основной частоты био и сопряженной + Q, причем (+ Q j ) coo, можно изменять в заданных пределах импеданс цепи 7, а следовательно, и ее выходное напря>кение - е, тем самым и напряжение в нагрузке

55 (подключенной, например, к выходным выводам инвертора через разделительный трансформатор в случае необходимости гальванической развязки). осуществляя таким образом следящее регулирование выходного параметра с заданным качеством.

Возникающий при подобном регулировании фазовый сдвиг между током I, питающим параллельный контур и нагрузку, и напряжением v, питающим всю цепь 7, достигает максимального значения в некоторой критической точке частотного диапазона, кроме того, существенно возрастающий при наличии нелинейности в нагрузке (например, при работе на выпрямитель с емкостным фильтром),а также вызывает искажения форм токов и напряжений на реактивных элементах цепи

7 и появление в ней цикуляции реактивной мощности, влияя тем самым на необходимый запас по времени на выключение и восстановление запорных свойств тиристоров коммутатора 2. В результате моменты перехода через ноль тока I и напря>кения v могут не совпадать по времени и возникающая вследствие этого реактивная составляющая тока - I, а тем самым и тока нагрузки, будет замыкаться на входной конденсатор 1 (емкостный накопитель) через соответствующие обратные диоды, шунтирующие силовые ключи, При регулировании инвертора с помощью трехпозицион ной широтно-импульсной модуляции с постоянной частотой преобразования в, т.е. путем изменения длительности времени с проводящего состояния соответствуюих накрестлежащих пар управляемых ключей 3 — 6 коммутатора 2, выполненных на транзисторах, за цикл модуляции. близкий к полупериоду основной частоты резонанса био цепи 7, соответствующие сигналы управления подаются на ключи таким образом, что последние работают в режиме перекрытия на некоторое время, соответствующее необходимой паузе зануления на цикле модуляции. В результате коммутатор 2 выраба гывает знакопеременное выходное напряжение

v прямоугольной формы с симметричной нулевой паузой на такте преобразования, т.е. на периоде собственной частоты, равном двум циклам модуляции (фиг„2,б). Как и при частотном регулировании, коммутатор 2 в совокупности с резонансной цепью 7 формирует гладкий входной ток i с частотой со и синусоидальное выходное напряжение е с той же частотой.

В зависимости от текущих возмущений

{изменение величины и характера нагрузки, 2004058

12 величины питающего напряжения +0), изменяя время перекрытия (паузу зануления), т.е. изменяя относительную длительность времени проводящего состояния t или сква>кность 7- 1-21!Т работы соответствующих ключей, можно формировать с заданным качеством синусоидальную форму напряжения - е, а также стабилизировать его величину на заданном уровне, т.е, осуществить следящее широтно-импульсное регулирование выходного параметра с постоянной частотой, Однако, в отличие от частотного регулирования, в предельных режимах работы и с ростом глубины регулирования существенно искажается форма тока i, а следовательно, и выходного напряжения е, формируемого параллельным контуром.

Кроме того, пропорционально возврастает и угол фазового сдвига между входным током i и выходным напряжением v коммутатора 2 (между их гармоническими составляющими, преимущественно основными). Это связано с тем, что значительно уменьшается длительность т активного состояния соответствующих ключей коммутатора 2 на цикле модуляции и увеличивается нулевая пауза, тем самым и длительность работы обратных диодов, шунтирующих соответствующие силовые ключи и рекуперирующие циркулирующую мощность в конденсатор 1. В результате роста уровня циркуляции мощности с увеличением глубины регулирования возрастает загрузка по току и напряжению силовых ключей коммувивалентной цепью замыкания, в результате этого потери в последовательном контуре уменьшаются, а его добротность резко возрастает. При холостом ходе инвертора, наоборот, шунтирующее влияние эквивалентной цепи нагрузки на параллельный контур ослабевает, потери в нем уменьшаются, а его добротность резко возрастает. Кроме того, одновременно снижаются также и потери в последовательном контуре, а следовательно, возрастает его добротность.

Таким образом, B результате неуправлямых колебательных процессов, и ротекающих в резонансной цепи 7 в предельных

15 режимах, особенно при холостом ходе, существенно возрастают амплитуды волн тока

i и напряжения е, а тем самым всплески перенапряжений и токовая загрузка эле20 ментов и силовых ключей вплоть до аварийных величин, что, в свою очередь, требует увеличения энергоемкости реактивных элементов цепи 7 для обеспечения колебательного характера процессов и тем самым повышения установочной мощности всего инвертора, Для устранения возникающих противоречий, т.е. минимальности энергоемкости элементов цепи 7 для снижения установочной мощности в нормальном режиме работы инвертора, с обеспечением колебательного .характера протекающих процессов в предельных режимах, не превышающих заданные уровни, использована

35 дополнительная рекуперация части избытатора 2 и реактивных элементов цепи 7, что точной мощности, генерируемой цепью 7, во входной источник питания с помощью допонительных диодов 14 - 17, подключенных соответствующими парами к емкостным элементам 8,12 последовательного и требует соответствующего увеличения энергоемкости элементов и установочной мощности инвертора.

Как при частотном регулировании, так и при широтно-импульсном в предельных режимах работы, т,е, в крайних точках дипазона регулирования как по частоте, так и по скважности, возможно возникновение неуправляемой "раскачки" колебательных контуров резонансной цепи 7, проявляющейся в том, что происходит нарастание амплитуд волн тока i через силовые ключи коммутатора 2 и элементы 8,9,12 последовательного контура при перегрузках и коротком замыкании на выходе, а при холостом ходе - нарастание амплитуд волн напряжения е на выходе инвертора и соответственно амплитуд напряжений на элементах 10, i1,13 параллельного контура.

Неуправляемое нарастание амплитуд тока

-! или напряжения - е в соответствующих режимах обусловлено тем, что при коротком

10,13 параллельных контуров.

При перегрузках или коротком замыкании, когда выбран весь заданный диапазон регулирования либо по частоте, либо по скважности (фиг.3,а либо фиг.4,а), в соответ45 ствии с текущими тактами преобразования начинают возрастать амплитуды волн тока

i, протекающего через конденсатор 12, а соответственно и амплитуды волн напряжения е> на нем. Когда амплитуда напря>ке50 ния е превысит напряжение питания

I U I инвертора (соответственно положительная полуволна напряжение +U, а отрицательная - напряжение -U), откроется диод 14, либо 15, Через отрытые диоды

14,15 протекает прерывистый ток il, замыкаясь на входной емкостный накопитель (конденсатор 1). Время открытого состояния замыкании в нагрузке параллельный контур т) соответствующего диода 14, либо 15 завичастично либо полностью шунтируется эк- сит отуровня заданной перегрузки инверто13

2004058 .

Р2/Р1 = И ра по току и волнового сопротивления р1 последовательного контура, определяющего величину его дорбротности, и не превышает полутакт преобразования.

Таким образом, в режиме короткого замыкания диоды 14,15, поочередно отрываясь на время t< осуществляют "сброс" части избыточной мощности, циркулирующей в этот момент в цепи 7, в источник питания, т,е. во входной конденсатор 1.

При холостом ходе инвертора, когда выбран весь заданный диапазон регулирования либо по частоте, либо по скважности (фиг.3,6, либо фиг.4,6), в соответствии с текущими тактами преобразования начинают возрастать амплитуды волн напряжения е параллельного контура (в меньшей степени и амплитуды волн тока I, зависящей от физических параметров контуров цепи 7), а соответственно и амплитуды волн напряжения е2 на конденсаторе 13. Когда амплитуда напряжения е2 превысит напряжение питания I U I инвертора (соответственно положительная полуволна напряжение +U, а отрицательная - напряжение -0). откроется диод 16, либо 17, Через открытые диоды 16,17 протекает прерывистый ток i2 замыкаясь на входной емкостн ы и накопитель (конденсатор 1), В ремя открытого состояния t2 соответствующего диода 16, либо 17 зависит от уровня разгрузки инвертора и волнового сопротивления р 2 параллельного контура, определяющего величину его добротности, и не превышает полутакт преобразования. Таким образом, как и в режиме короткого замыкания, при холостом ходе диоды 16,17, поочередно открываясь на время t2, осуществляют "сброс" части избыточной мощности, циркулирующей в этот момент в цепи 7, в источник питания, т.е. во входной конденсатор 1.

Для минимальности токовой загрузки силовых ключей и элементов последовательного контура в режиме холостого хода волновое сопротивление р2 параллельного контура должно быть не меньше волнового сопротивления р1 последовательного контура. Только при выполнении этого условия в режиме холостого хода работают диоды

16,17, а диоды 14,15 постоянно закрыты, так как амплитуда волн напряжения е1 не может превысить напряжение питания.

В нормальном режиме работы, независимо от способа и соответствующего диапазона регулирования. все диоды 14 - 17 закрыты, так как соответствующим выбором параметров емкостных элементов 8,12 последовательного и 10, 13 параллельного контуров обеспечивается не превышение

55 соответствующих амплитуд волн напряжений е1 и е2 величины питающего напряжения.

Необходимым условием энергетически наиболее выгодной работы с бестоковой коммутацией или близкой к ней, а также с гладкими, синусоидальной формы током и напряжением е, как при частотном, так и при широтно-импульсном регулировании, является равенство резонансных частот в1 и в2 последовательного и параллельного контуров собственной основной резонансной частоте во цепи 7, т.е.

Во =N1 =В2 °

Достаточным условием существования сопряженных к основной резонансной частоте во цепи 7 частот ч- Q, тем самым и необходимого частотного диапазона, а также минимальности энергоемкости реактивных элементов в нормальном режиме работы как при частотном, так и при широтно-импульсном регулировании, является выполнение соотношения между волновыми сопротивлениями контуров, т,е. где N - любое вещественное число, начиная с N 1, причем

При коротком замыкании на выходе инвертора для его безаварийной работы необходимо ограничивать ток i, протекающий через соответствующие силовые ключи коммутатора 2 и реактивные элементы 8.9,12 цепи 7 на некотором уровне М, соответствующем заданному коэффициенту перегрузки по току. Уровень ограничения М задается выбором соотношения емкостей С>,С2 конденсаторов 8,12 последовательного контура, определяющим необходимую величину амплитуд напряжения ei на конденсаторе 12, при которой открываются диоды 14,15 и наступает рекуперация, т,е. относительную величину запаса по мощности реактивных элементов 8,9,12. Таким образом, 1макс / М = 1 + C2/С1, (2) где М - любое вещественное число, начиная с M >1.

При холостом ходе инвертора для его безаварийной работы необходимо ограничивать напряжение е на выходе, а также на реактивных элементах 10,11,13 цепи 7 на

16

2004058 (1= L/N, C> = NMC/(Ì-1), Cz = NMC, 10 некотором уровне К, соответствующем заданному коэффициенту перегрузки по напряжению.

Уровень ограничения К задается выбором соотношения емкостей С3,С4 конденсаторов 10, 13 параллельного контура. определяющим необходимую величину амплитуд волн напряжения е2 на конденсаторе 13, при которой открываются диоды

16,17 и наступает рекуперация, т.е. относительную величину запаса по мощности реактивных элементов 10,11,13, Таким образом, емакс / е = К = 1 + С4/Сз, (3) где К - любое вещественное число, начиная с К>1, С учетом необходимости и достаточности существования частотного диапазона регулирования бестоковой коммутации и синусоидальности форм тока -! и напряжеФормула изобретения

РЕЗОНАНСНЫЙ ИНВЕРТОР, содержащий входной конденсатор, мостовой коммутатор на управляемых силовых ключах, шунтированных обратными диодами, резонансную цепь, образованную соединением последовательного и параллельного колебательных контуров, соответственно состоящих из первых конденсатора, реактора и вторых конденсатора, реактора, причем выводы входногО конденсатора и выводы постоянного тока коммутатора подключены параллельно к входным плюсовому и минусовому выводам инвертора, вывод первого конденсатара соединен с выводом первого реактора, другой вывод первого реактора соединен с выводами вторых конденсатора и реактора и с выходным выводом инвертора, другой вывод второго реактора соединен с выводом переменного тока коммутатора и с другим выходным выводом инвертора, отличающийся тем, что он снабжен третьим, четвертым конденсаторами и четырьмя диодами, причем вывод третьего конденсатора соединен с другим выводом переменного тока коммутатора, а другие выводы первого и третьего конденсаторов соединены с анодом первого и катодом второго диодов, вывод четвертого конденсатора соединен с другим выводом второго реактора, а другие выводы второго и четния е, задаваясь эквивалентными значекиями емкости С и индуктивности L соответствующих реактивных элементов цепи 7, после очевидных преобразований выраже5 ний (1), (2), (3) получим ряд соотношений, связывающих значения реактивных элементов с заданными параметрами инвертора;

С2 = С4 NM/Ê, 15 а, — â =в2 =1/ V LC (56) 1, Авторское свидетельство СССР

М 1358054, кл, Н 02 M 7/515, 1987.

2. Розанов Ю,К. Полупроводниковые

20 преобразователи со звеном повышенной частоты„М., Знергоатомиздат, 1987, с,64. вертого конденсаторов соединены с анодом третьего и катодом четвертого диодов, катоды первого и третьего диодов соеди-:; нены с плюсовым входным выводом инвертора, а аноды второго и четвертого диодов

- с минусовым входным выводом, при этом резонансные частоты последовательного колебательного контура, образованного совокупностью емкостей первого, третьего конденсаторов и индуктивностью первого реактора и параллельного колебательного контура, образованного совокупностью емкостей второго, четвертого конденсаторов

40 и индуктивностью второго реактора, одинаковы и равны собственной резонансной частоте цепи, отношение волновых сопротивлений параллельного контура к последовательному равно N, отношение суммы

45 емкостей первого, третьего конденсаторов к емкости первого задает уровень M ограничения тока через силовые ключи коммутатора и элементы последовательного контура при коротком замыкании на выхо50. де инвертора (коэффициент перегрузки по току), а отношение суммы емкостей второго, четвертога конденсаторов к емкости второго задает уровень К ограничения напряжения на выходе инвертора и на элементах параллельного контура при холостом ходе (коэффициент перегрузки по напряжению), причем числа N, М, К - вещественные, начиная с N а 1, M > 1, К > 1.

2004058

2004058

2004058

Редактор

Заказ 3327

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 а) Составитель В.Яшкин

Техред М.Моргентал Корректор Е. Папп

Тираж Подписное

Н00 "Поиск" Роспатента

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