Высоковольтный инвертор

 

3I 8I3O

Союз Советских

Социалистических

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №вЂ”

МПК Н 02m 5,(42

Н 02m 7, 72

Заявлено 08.Х.1969 (¹ 1365056/24-7) с присоединением заявки №вЂ”

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

Приоритет—

Опубликовано 19.Х.1971. Бюллетень № 31

Дата опубликования описания 29.XI I.1971

УДК 62 1.314.27(088.8)

Авторы изобретения

С, М. Кацнельсон, В. В. Морозов, Л. С. Пудровский, И. Л. Аитов, Л. И. Гутин, В. Н. Филатов и М. А. Пегасотт.----" ( (Уфимский авиационный институт и Тульский научно-; . исследовательский технологический институт

3 аявителбу

ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ И Н В ЕРТОР

Изобретение относится к устройствам преобразовательной техники и может применяться в технике индукционного нагрева, в гидролокационных установках и в других устройствах повышенной частоты.

Известны инверторы со встречными диодами, в которых обеспечивается стабильность напряжения на вентилях. Такие инверторы устойчиво работают на переменную нагрузку.

Недостатком их является большая крутизна нарастания прямого напряжения на тиристоdu рах „в момент выключения встречных диодов, что ограничивает возможность их применения при высоких напряжениях источника питания.

Известны также инверторы на тиристорах без встречных диодов, в которых с целью расширения диапазона входного и выходного напряжения тиристоры соединены последовательно. Для принудительного выравнивания напряжения по тиристорам параллельно каждому тиристору включены демпфирующие цепочки, состоящие из последовательно включенных емкости и неуправляемого диода, шунтированного сопротивлением. В таких инверторах приходится применять либо большие емкости в демпфирующих цепочках, что недостаточно на повышенных частотах, либо мириться с неравномерностью распределения ЗО напряжения на тиристорах и для сохранения их целости ставить значительно большее ко- личество вентилей с учетом возможной не- равномерности распределения напряжения.

Кроме того, известны инверторы с последовательно соединенными неуправляемыми диодами. Для выравнивания распределения напряжения по вентилям в них также приме- няются демпфирующие цепочки. Однако с учетом неравномерности распределения напряжения и коммутационных перенапряжений число вентилей применяют с коэффициентом запаса равным 3 — 4.

При построении мощных высоковольтных ( инверторов на тиристорах со встречными ди- одами возникают дополнительные трудности при последовательном соединении вентилей, связанные с необходимостью равномерного, распределения не только величины перена-, пряжений, возникающих в моменты выклю- l чения тока неуправляемыми диодами, но и

dQ. скорости нарастания напряжения — во избеdt жанне самопроизвольного отпирания тирис-, торов и срыва инвертирования, Выравнивание скорости нарастания на- пряжения на тиристорах со встречно-парал( лельными диодами с помощью демпфирую-, щих цепочек на повышенных частотах за-. труднительно, так как неуправляемые диоды

318130 при выключении имеют большой разброс по времени восстановления запирающих свойств, и, если они присоединены параллельно тиристорам, то на тиристорах появляется неравномерность распределения напряжения, навязанная им встречными диодами, и, что самое главное, неравномерность распределения скорости нарастания этого напряжения. Для серийно выпускаемых промышленностью тириЙ сторов, допустимая крутизна - ие превышаЖ ет 100 в/мксек. На повышенной частоте эта величина значительно меньше. При неравномерном распределении перенапряжений по вентилям, на отдельных тиристорах скорости нарастания прямого напряжения могут превышать допустимую величину, что неминуемо ведет к самопроизвольному отпиранию тиристоров и срыву инвертирования.

Особенностью предлагаемого высоковольтного инвертора, обеспечивающего равномерное распределение напряжения на управляемых вентилях при обрыве тока в ветви неуправляемых вентилей, является то, что общие точки последовательно соединенных управляемых вентилей изолированы от общих точек последовательно соединенных неуправляемых вентилей, параллельно которым включены дополнительные RC-цепочки.

На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого инвертора.

Инвертор содержит управляемые вентили

1 — 12, неуправляемые диоды 18 — 20, коммутирующий конденсатор 21, коммутирующий дроссель 22, демпфирующие цепочки, состоящие из диодов 28, 24, конденсаторов 25, 2б и резисторов 27, 28, а также выравнивающие резисторы 29, защитную дроссельную катушку 80, входной дроссель 81, конденсатор 82 фильтра и нагрузку 88.

В установившемся режиме конденсатор 82 фильтра заряжен до напряжения источника питания. При включении вентилей 1 — 8 и 7 — 9 происходит перезаряд коммутирующего конденсатора 21 через дроссель 22, защитную дроссельную катушку 80, конденсатор 82 и нагрузку 33.

Схема инвертора рассчитана иа колебательный характер процесса. Через нагрузку

38 протекает положительная полуволна тока в одном (первом) направлении. После того, как напряжение на коммутирующем конденсаторе 21 превысит напряжение источника питания и положительная полуволна тока пройдет через нулевое значение, указанные тиристоры гаснут. Никаких перенапряжений при обрыве тока тиристоров не возникает, так как открываются встречные диоды 18, 14 и 17, 18, и по колебательной цепи инвептопа протекает отрицательная полуволна тока. Через нагрузку 88 протекает ток в направлении, обратном первому (второе направление) .

После того, как коммутирующий конденсатор 21 разрядится до напряжения, меньшего, чем напряжение источника питания, и отри5

65 цательная полуволна тока пройдет через нулевое значение, диоды 13, 14 и 17, 18 гаснут.

Во время горения диодов 18, 14 и 17, 18 на тиристорах небольшое обратное напряжение, и они успевают полностью восстанавливать свою управляемость. Затем включаются вентили 4 — б и 10 — 12, и конденсатор 21 начинает снова перезаряжаться. Через нагрузку

38 протекает вторая положительная полуволиа тока в первом направлении. После обратного перезаряда коммутирующего конденсатора 21 и погасания тиристоров 4 — б и 10 — 12 включаются диоды 15, Iб и 19, 20, и через нагрузку 38 протекает вторая отрицательная полуволна тока.

Таким образом, в течение одного цикла работы всех вентилей инвертора на выходе имеются два периода напряжения, близкого по форме к синусоидальному, без постоянной составляющей, так как нагрузка 88 подключена к инверторному мосту через конденсатор

82 фильтра.

Неуправляемые диоды 18 — 15, 1б — 20 для восстановления своих запирающих свойств требуют времени, которое составляет б — 10 мксек и имеет разброс по отдельным BI IITIIлям. Поэтому после перехода отрицательной полуволны тока встречных диодов через нулевое значение, эти диоды находятся некоторое время в состоянии проводимости, и через них протекает обратный ток. После восстановления запирающих свойств диодов, обратный ток, протекающий через них, обрывается с очень большой скоростью, что приводит к возникновению перенапряжений за счет энергии, запасенной в индуктивностях катушек 22 н 80. Эти перенапряжения являются обратными для встречных диодов и прямыми для тиристоров. Частичное выравнивание их распределения по диодам достигается демпфирующими цепочками 28, 25, 27. Обеспечить идеальную равномерность напряжения по диодам невозможно, поскольку диоды имеют большой разброс по времени восстановления запирающих свойств и большую собственную емкость переходов в момент выключения тока. При этом наибольшая крутизна нарастаdt s иия - и величина обратного для диодов перенапряжения будет на вентиле, имеющем меньшее время запирания. Так как каждое плечо инвертора выполнено в виде двух встречно-параллельно включенных ветвей, одна из которых содержит только последовательно соединенные тиристоры, а другая — только последовательно соединенные диоды, то к тиристорам прикладывается суммарная величина перенапряжений, возникающих при выключении диодов. Выравнивание распредеdu ления крутизны нарастания напряжения

d.f и его величины по отдельным последовательно включенным тиристорам обеспечивается:паломощными демпфирующими цепочками 24, 26, 28, так как тиристоры за время горения

318130

Предмет изобретения

Составитель М. Лойш

Техред Л. Евдонов

Корректоры Л. Бадылама и

Л. Царькова

Редактор В. Фельдман

Заказ С2/1962 Изд. № 1372 Тираж 473 Подписное

11НИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушскан наб., д. 4/5

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент» встречных диодов уже успевают восстановить свои первоначальные свойства. Так как в инверторах на тир исторах со встречно-параллельными диодами число последовательно включенных тиристоров определяется не только величиной напряжения, пои главным образом допустимой скоростью нарастания прямого напряжения, которая не зависит от класса вентилей, предлагаемый высоковольтный инвертор позволяет применить минимальное число последовательно включенных тиристоров с учетом класса вентилей и допустимой скорости нарастания прямого напряжения.

Число же последовательно включенных диодов выбирается независимо от тиристоров, определяется только по рабочему напряжению с учетом необходимого запаса из-за неравномерности распределения напряжения по диодам.

Высоковольтный инвертор, содержащий каждом плече включенные встречно-пара.лельно ветви, одна из которых выполнена и последовательно соединенных управляемы . вентилей, шунтированных RC-цепочками, другая — из последовательно соединенны неуправляемых вентилей, отличающийся теь, 10 что, с целью равномерного распределени напряжения на управляемых вентилях пр обрыве тока в ветви неуправляемых вентлей, общие точки последовательно соединенных управляемых вентилей изолированы о общих точек последовательно соединенны. неуправляемых вентилей, причем параллелно неуправляемым вентилям подсоединен 1 дополнительные RC-цепочки.