Автономный последовательный инвертор

 

(11) 604 108 !

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)»»« o 24.05.7В(2 ) 2ЗВЗ824107 с присоединением заявки М (23) Приоритет (43) Опубликовано25.04.78. Бюллетень N 15 (45) Дата опубликования описания Ф ° Î") ° Ü. (53) М. Кл.

Н 02 М 7/515

Государственный комитет

Совета Министров СССР оо делам изобретений н открытий (53) УДК 62, 814 .572 (088.8) (72) Авторы изобретения

М. М, Акодис, В. В. Шипицыи, В. С. Ухов и В. И. Лузгин

Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. С. М. Кирова (71) Заявитель (54) АВТОНОМНЫЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ

ИНВЕРТОР

Изобреа ение относится к области преобразоватсл Ili)lf техники.

Инвсртор предназначен для питания током высокой частоты переменной нагрузки, например, скомпенсированной индукционной нагревате IhHoA установки для стали. Сопротивление нагрузки в процессе цикла сквозного нагрева стальны. заготово ° изменяется в больших пределах, что сопровождается значительными изменениями величин выходного напряжения и мощности инверторов с вентилями встречнопараллельного включения и вообще инверторов с возвратом избыточной энергии из контура коммутации в источник питания. В случае, если выходное напряжение инвертора превышает номинальное, наблюдается значительное снижение времени для восстановления управляемости тирнсторов, что приводит к срыву инвертирования.

Извести ы схем ы последовательно-параллел ьных инверторов, в которых для ограничения напряжения на нагрузке (на нагрузочном колеоательном контуре) применены цепи с до2о пол интел ьными диодами, включенные встречно по î" íîøåíèþ к источнику питания и шунтирующне нагрузку и каждый из двух последовательных разделительных конденсаторов, между которыми включена нагрузка (11.

В указанной схеме выходное напряжение ограничивается по амплитуде на уровне 0,5 от входного напряжения инвертора (на уровне

250 В при напряжении источника питания инвертора 500 В). При этом в режиме работы пнвсртора без пауз v вентильными токами время для восс аноь,ения управляемости тиристоров равно половине периода выходной частоты.

Известно, что в инверторах с вентилями встречно-параллельного включения время для восстановления управляемости снижается незначительно при увеличении амплитуды выходного напряжения, примерно до уровня 0,7 от входного, что дает возможность увеличить выходную мощность инвертора, если это позволяет время выключения применяемых тиристоров.

Возможно увеличение уровня ограничения напряжения на нагрузке включением пндуктивности в цепи диодов, шунтирующих н,.грузку с каждым разделительным конденсатором.

Однако применение линейных индуктивностей недостаточно эффективно повышает уровень ограничения напряжения, так как с одной стороны ток через дополнительные диоды, шунтирующис нагрузку, начинает протекать сразу же после увеличения напряжения на ней выше

604109 дуктивности 3 и 4 протекает ток, ограни IIIB II<>щий рост напряжения на нагрузке.

После прекращения тока через тиристоры

16 и 17 проводят ток встречно-параллельные диоды 20 и 21, и высокочастотный импульс тока частичного разряда конденсатора 14 через элементы инвертора и нагрузку снова протекает в обратную сторону.

Далее процессы в инверторе повторяются.

Применение в цепи ограничения напряжео ния на нагрузке именно нелинейных индуктивностей позволяет существенно улучшить энергетические параметры всего инвертора.

Пусть оптимальным будет ограничение напряжения на нагрузке на уровне 0,7 от входного

5 напряжения инвертора. Тогда при линейных индуктивностях в цепи диодов 5 и 6 через них сразу же будет протекать ток, начиная с уровня напряжения на нагрузке 0,5 от входного, т.е. уже в тот момент, когда еще никакого ограничения напряжения не требуется.

Процесс ограничения напряжения будет происходить совершенно отлично от описанного, если применять нелинейные индуктивности. В этом случае так можно подобрать параметры нелинейных индуктивностей 4 и 3, чтобы при изменении амплитуды напряжения на нагрузке с уровня 0,5 до уровня 0,7 от входного напряжения инвертора магнитопровод нелинейной индуктивности находился бы в стадии перемагничивания. Во время перемагничивания ток через индуктивность мал и практически не оказывает никакого влияния на процесс ограничения напряжения на нагрузке. В момент насыщения магнитопровода ее сопротивление резко снижается, а ток возрастает, жестко ограничивается дальнейший рост амплитуды напряжения на нагрузке. половины питающего, с другой стороны, при существенном возрастании сопротивления нагрузки напряжение на ней также существенно возрастает, что снижает устойчивость работы и ив )> Top a.

С целью улучшения энергетических параметров инвертора введены две нелинейные индуктивности, имеющие по две обмотки, одна из которых включена в цепь дополнительных диодов, шунтирующих нагрузку, а другая в цепь постоянного тока источника питания. 1

На чертеже приведена схема предлагаемого устройства.

Оно содержит фильтровые дроссели 1 и 2, нелинейные индуктивности 3 и 4, диоды 5 и 6, разделительные конденсаторы 7 и 8, компенсирующий конденсатор 9, нагрузку активноиндуктивную 10, внешние коммутирующие дроссели 11 и 12.

Кроме того, устройство включает внутренний коммутирующий дроссель 13, коммутирующий конденсатор 14, тиристоры )5 — 18, встреч- >о но-параллельные диоды 19- — 22, обмотки 23 и 24 нелинейных индуктивностей.

В предложенной схеме нелинейные индуктивности позволяют увеличить выходное напряжение и мощность инвертора и ограничить выходное напряжение на более высоком уровне по сравнению с прототипом, причем устойчивость работы инвертора сохраняется.

Нелинейные индуктивности имеют по две обмотки 23 и 24 с общим промежуточным выводом, причем промежуточный вывод каждой

30 нелинеинои индуктивности соединен с выводами соответствующих разделительных конденсаторов, одна из обмоток (24) включена последовательно с диодами 5 или 6 цепи ограничения напряжения на нагрузке, а другая (23)— в цепь источника питания последовательно с 35 фильтровыми дросселями 1 или 2.

В установившемся режиме инвертор работает следующим образом.

При отпирании, например, тиристоров 15 и 18 через элементы контура инвертора и нагрузку протекает высокочастотный импульс тока 4 по цепи 7 — 11 †15 †13 †!4 — 18 — 12 — 8 — 9 и

10 — 7. Через нагрузку импульс тока протекает снизу вверх. Если напряжение <а нагрузке (9 и 10) будет выше, чем напряжение на разделительных конденсаторах, через диоды 5, 6 и обмотки 24 нелинейных индуктивностей 4 и 3 будет протекать ток, ограничивающий рост напряжения на нагрузке, по двум цепям 9 и

10 — 5-- 3 — 7 — 9 и 10; 9и 10 — 8 — 4 — 6 — 9 и 10.

I)îñëå прекращения тока через тиристоры !

5 и 18 проводят ток встречно-параллельные диоды 19 и 22, при этом импульс высокочастотного тока частичного разряда конденсатора 14 протекает через элементы контура инвертора и нагрузку в обратном направлении по цепи 14 — 13 — 19 — 11 — 7 — 9 и 10 — 8 — 12 — 22—

14. Затем включаются очередные тиристоры )6

55 и 17, при этом высокочастотный импульс тока протекает по цепи 7 †11 †16 †14 †13 †17 †128 — 9 и 10 — 7. Если при этом напряжение на нагрузке также выше, чем напряжение на конденсаторах 7 и 8, то через диоды 5 и 6 и ин- во

Однако качества нелинейных индуктивностей определяются свойствами гистерезисной петли перемагничивания ее магнитопровода. Обычно для нелинейных индуктивностей используют магнитопроводы с петлей перемагничивания, близкой к прямоугольной. Такая индуктивность работала бы на частном цикле петли перемагничивания магнитопровода, так как через обмотки 24 и диоды 5 и 6 импульсы тока протекают лишь в одну сторону. Чтобы использовать всю петлю перемагничивания магнитопровода, и, следовательно, при том же времени перемагничивания уменьшить габариты и стоимость нелинейной индуктивности, необходимо ввести перемагничивание ее магнитопровода.

В предложенном устройстве это достигается с помощью обмотки 23, через которую протекает постоянный ток от источника питания инвертора. Таким образом, в предложенной схеме током через обмотку 24 магнитопровод перемагничивается, а затем глубоко насыщается в прямом направлении, обеспечивая тем самым необходимый режим ограничения амплитуды напряжения на нагрузке на заданном уровне.

Далее, после прекращения тока через обмотку 24 магнитопровод перемагничивается до насыщения тока в обратном направлении постоянным током от источника питания через

604109

Формула изобретения

r6 Составитель И. Галиева

Техред О. Луговая Корректор С. Iатрушсва

Тираж 892 Подписное

Редактор В. Гончуков

Заказ 2121/47!

1Н1!ИПИ I осударственного комитега Сове а Министров СССР по делам изобретений н открытий

I 8035, Москва, Ж-85, Рву гискаи наб. д. 415

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проекгная, 4 обмотку 23. Теперь нелинейная индуктивность снова готова к работе для очередного цикла ограничения напряжения на нагрузке.

Применение двух нелинейных индуктивностей позволяет увеличить уровень ограничения 5 выходного напряжения инвертора, сохраняя устойчивость его работы при питании переменной нагрузки. Это повышает выходную мощность и КПД инвертора, причем достигается снижение реактивного тока через элементы инвертора в номинальном режиме.

Автономный последовательный инвертор, со- g держащий связанный со входными выводами через фильтровые дроссели вентильный мост с узлом коммутации и нагрузочную цепь, имеюп1ую два разделительных конденсатора, к одной обкладке каждого из которых подключен выводом диод, отличающийся тем, что, с целью улучшения энергетических параметров, он снабжен двумя нелинейными индуктивностями, каждая из которых имеет по две обмотки с общим промежуточным выводом, соединенным с другой обкладкой соответствующего разделительного конденсатора, причем обмотки каждой нелинейной индуктивности включены между фильтровым дросселем и другим выводом соответствующего диода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Заявка Мю 1957059/07, кл. К 02 М 7/515, 1973, по которой принято решение о выдаче авторского свидетельства.