Последовательный инвертор

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 18. 07. 78 (21) 2646968/24-07 (51)

Н 02 М 7/515 с присоединением заявки ¹ 2644900/07 (23) Приоритет—

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

Опубликовано 230830. Бюллетень № 31

Дата опубликования описания 030980 (53) УДК 621. 314. .572(088.8) (72) Авторы изобретения

В. В. Шипицын, В.. С. Ухов, В. Н. Антонова, А. A Рухман, А. А. Новиков „ В. И. Лузгин и В. В. Рудный (71) Заявитель

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

Изобретение относится к преобразовательной технике с применением полупроводниковых вентилей, а именно к тиристорным инверторам, предназначено для необратимого преобразования энер- 5 гии постоянного тока на входе в энергию переменного тока высокой частоты на выходе и может найти применение" для питания током высокой частоты, например индукционной нагревательной ус40 тановки для стали, магнитострикционных преобразователей и других видов нагрузок, у которых сопротивление изменяется в широких пределах.

Известно большое разнообразие схем15 последовательных инверторов, предназначенных питать постоянную или сравнительно малопеременную нагрузку (1).

Наиболее близким к предлагаемому является инвертор, содержащий свя- 20 ванные со входными выводами через дроссели фильтра тиристорные мосты и две последовательные цепочки, состоящие, каждая, из двух дросселей и двух конденсаторов, причем точка 25 соединения мостов соединена с первым выходным выводом, общая точка дросселей первой цепочки и общая тОчка конденсаторов второй цепочки соединены между собой и со вторым выход- 30 ным выводом, а точки соединения дросселей с конденсаторами первой цепочки подключены через диоды к соответствующим точкам соединения конденсаторов с дросселями второй цепочки и .

Недостатком инвертора является недостаточная надежность вследствие наличия перенапряжения на элементах схемы.

Цель изобрстения — повышение надежности.

Поставленная цель достигается за счет того, что инвертор, содержащий связанные со входными выводами через дроссели фильтра силовые тиристоры и две последовательные цепочки, состоящие, каждая, из двух дросселей и двух конденсаторов, а также коммутирующий конденсатор, причем силовые тиристоры связаны с первым выходным выводом, общая точка дросселей первой цепочки соединена со вторым выходным выводом, а точки соединения дросселей с конденсаторами первой цепочки соединены через диоды с соответствующими точками соединения дросселей с конденсаторами второй цепочки, снабжен четырьмя дополнительными диодами и двумя коммутирующими дросселями, включенными последовательно

758440 с каждым силовым тиристорам и связанными с первым выходным выводом через коммутирующий конденсатор, а каждый дроссель первой цепочки выполнен с отпайкой, связанной через один из дополнительных диодов с соответствующей общей точкой последовательных цепочек и дросселя фильтра, причем точки соединения дросселей с конденсаторами второй цепочки связаны через другие дополнительные диоды с одним из выходных выводов.

Кроме того, общая точка конденсаторов второй цепочки соединена с первым выходным выводом, а указанные другие дополнительные диоды подключены ко второму выходному выводу.

Инвертор может быть снабжен двумя вспомогательными диодами, а каждый дроссель второй цепочки выполнен с отпайками, подключенными через указанные вспомогательные диоды ко второму выходному выводу, соединенному с общей точкой, конденсаторов второй цепочки, причем указанные другие дополнительные диоды подключены к первому выходному выводу.

На фиг. 1-4 представлена принципиальная схема предлагаемого инвертора, возможные варианты.

Тиристоры 1 и 2 и коммутирующие дроссели 3 и 4 образуют последовательную цепь, подключенную к входным выводам "+" и "-" через фильтровые дроссели 5 и 6 (фиг.1). Коммутирующий конденсатор 7 одним выводом присоединен к общей точке дросселей

3 и 4, а другим — к первому выходному выводу инвертора — нагрузке 8.

Нагрузка 8 в общем случае представляет собой нагрузочный колебательный ° контур. В двух последовательных 4О цепочках, состоящих, первая из конденсаторов 9, 10, и дросселей 11, 12> и вторая — из конденсаторов 13, 14 и дроссселей 15, 16, дроссели 11, 12 выполнены с отпайками, соединенными через дополнительные диоды 17, 18 с соответствующими точками соединения .последовательных цепочек с дросселями фильтра. Точка соединения элементов 9 и 12 через диод 19 соедине-. " о на с элементами 16 и 13. Точка соединения элементов 10 и 11 через диод

20 соединена с элементами 14 и 15. Точки соединения элементов 16,13,и элементов 14,15 соединены через другие дополнительные диоды 21, 22 со вто"Я рым выходным выводом.

В установившемся режиме инвертор работает следующим образом.

Тиристоры 1 и 2 отпираются поо- . бО чередно. При отпирании тиристора 1 в контур инвертора протекает импульс высокочастотного тока по цепи 9-1-3-7-8-12-9. B нагрузке 8 этот импульс тока протекает справа налево. При от- Я пирании Очередного тиристора 2 импульс высокочастотного тока протекает в другом контуре по цепи 10-11-8-7-4

-2-10. В нагрузке 8 этот импульс тока протекает слева направо, т.е. в другую сторону. При очередном отпирании тиристора 1 процесс в инверторе повторяется аналогично вышеописанному, при этогл ток в нагрузке снова меняет свое направление. Таким образом при поочередном отпирании тиристоров 1 и 2 через нагрузку 8 протекает переменный высокочастотный ток.

При номинальной нагрузке и правильном подборе параметров схемы через диоды 17,18,19,20 ток не протекает. При снижении сопротивления нагрузки напряжение на дросселях 11 и

12 .возрастает, упомянутые диоды отпираются и напряжение на этих дросселях ограничивается на уровне напряжения фильтровых конденсаторов

9,10,13,14, исключая тем самым перенапряжения на всех элементах инвертора, При этом возникают контуры тока по следующим цепям: 12-17-9-12, 12-19-13-8-12 11-10-18-11, 11-8-1420-11. Эти токи возвращают избыточную реактивную энергию из коммутирующих дросселей 11 и 12 в фильтровые конденсаторы 9, 10, 13,14, связанные через дроссели фильтра с источником питания.

С помощью диодов 21 и 22 выходное напряжение на нагрузке 8 ограничивается по амплитуде на уровне напряжения на дополнительных фильтровых конденсаторах 13 и 14, что исключает снижение времени для восстановления управляемости тиристоров 1 и 2, при увеличении сопротивления нагрузки вплоть до величин, близких к бесконечности (что соответствует, например, пустому индуктору нагревательной установки). При этом ток диодов 21 и 22 замыкается по цепям 8-21-13-8, 8-14-22-8.

В схеме инвертора (фиг.2) дроссели 15, 16 второй последовательной цепочки выполнены с отпайками, подключенными через два .вспомогательных диода 23, 24 ко второму выходному выводу, а другие дополнительные диоды

21, 22 подключены к первому выходному выводу. При отпирании тиристора

1 импульс тока протекает по цепи 9 и 16-1-3-7-8-13 и 12-9 и 16. При отпирании тиристора 2 ток протекает по цепи 11 и 14-8-7-4-2-10 и 15-11 и 14. При возрастании напряжений в схеме из-за снижения сопротивления нагрузки 8, напряжения на коммутирующих дросселях 11, 12, 15, 16 с помощью диодов 17, 19 23, 18, 20, 24 ограничивавтся на уровне напряжений на фильтровых конденсаторах 9, 10, 13, 14, что исключает опасные перенапряжения в схеме инвертора при сни758440 женин сопротивления нагрузки до нуля.

При значительном увеличении сопротивления нагрузки 8 выходное напряжение на ней с помощью диодов 21 и 22 ограничивается на уровне напряжения на фильтровых конденсаторах 13 и 14, что исключает снижение времени для восстановления управляемости тиристоров инвертора и сохраняет его работоспособность.

Таким образом, при наличии в последовательном инверторе предлагаемых цепей для рекуперации избыточной реактивной энергии из контура коммутации (с .коммутирующих дросселей) в источник питания (в фильтровые конденсаторы) и цепей для ограничения выходного напряжения, от инвертора, можно питать резкопеременную нагрузку, сопротивление которой может изменяться от нуля до величин, близких к бесконечности, что соответствует, например, пустому индуктору нагревательной установки.

Если в описанных схемах последовательных инверторов применить выходной трансформатор 25, в котором первичная обмотка имеет промежуточный средний вывод, то описанный выше инвертор, без изменения сущности изобретения, имеет на выходе удвоенную частоту, т.е. переходит в разряд инверторов с удвоением выходной частоты (фиг.3, 4).

Для дальнейшего увеличения выходной частоты количество инвертирующих ячеек, содержащих тиристоры, может быть увеличено.

Формула изобретения

1. Последовательный инвертор, содержащий связанные со входными выводами через дроссели фильтра силовые тиристоры и две последовательные цепочки, состоящие, каждая, из двух дросселей и двух конденсаторов, а также коммутирующий конденсатор, причем силовые тиристоры связаны с первым выходным выводом, общая точка дросселей первой цепочки соединена со вторым выходным выводам, а точки соединения дросселей с конденсаторами первой цепочки соединены через диоды с соответствующими точками соединения дросселей с конденсаторами второй цепочки, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повыаения надежности, он снабжен четырьмя дополнительными диодами и двумя ксммутирующими дросселями, включенными последовательно с каждьм силовым тиристором и связанными с первым выходным выводом через,коммутирукщий конденсатор, а каждый дроссель первой цепочки выполнен с отпайкой, связанной

15 через один из дополнительных диодов с соответствующей общей точкой последовательных цепочек и дросселя фильтра, причем точки соединения дросселей с конденсаторами второй цепочщ ки связаны через другие дополнительные диоды с одним иэ выходных выводов.

2. Инвертор по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что общая точка конденсаторов второй цепочки соединена с первым выходным выводом, а ука. занные другие дополнительные диоды подключены ко второму выходному выводу.

3. Инвертор по п.1, о т л и ч аю шийся тем, что он снабжен двумя вспомогательными диодами, а каждый дроссель второй цепочки выполнен с отпайками, подключенными через

З указанные вспомогательные диоды ко второму выходному выводу, соединенному с общей точкой конденсаторов второй цепочки, причем укаэанные другие дополнительные диоды подклю,щ чены к первому выходному выводу.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Беркович E. И. и др. Тиристорные преобразователи высокой частоты. M., "Энергия", 1973, с. 46, рис. 3-16.

2. Авторское свидетельство СССР

9 525213, кл. Н 02 M 7/515, 1974 °