Последовательный автономный инвертор

 

в л ;л и тр., тц,„з.С

ОП И(:АНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

„„. 767919

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 18.12.78 (21) 2696385/24-07 с присоединением заявки № —. (23) Приоритет— (51) М. Кл.

Н 02 М 7/515

Геоударотввнный комитет

СССР

Опубликовано 30.09.80. Бюллетень №36

Дата опубликования описания 10.10.80 (53) УДК 621.314..572 (088.8) па делам изобретений. и открытий

В. В. Шипицын, В; И. Лузгин, А. А. Новиков, А. А. Рухман, В. В. Дрягин, А. В. Абрамов, О. Л. Кузнецов, Ф. Н. Маричев, В. Г. Сафин, Г. Н. Ягодов, В. Н. Макаров и Д. В. Чуркин (72) Авторы изобретения

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

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано для индукционного нагрева металлов.

Известен ряд последовательных автономных инверторов, в которых рекуперация избыточной реактивной энергии, запасенной в коммутирующих контурах, осуществляется непосредственно с коммутирующих дросселей в фильтровые или дополнительные конденсаторы, заряженные до полного напряжения питания (1) и (2) .

С ростом установленной мощности преобразователя или его выходной частоты возрастает и относительная величина паразитных индуктивностей, не охваченных и включенных последовательно в контур сброса избыточной реактивной энергии, запасенной в кбммутирующем дросселе. В связи с этим снижается эффективность ограничения напряжения на элементах инвертора, выполненного по указанным схемам, существенно возрастают предельные напряжения на его вентилях при снижении эквивалентного сопротивления загрузочного контура до нуля. Известна также схема последовательного автономного инвертора.

Наиболее блйзок к изобретению — инвертор, содержащий два вентильных моста, положительные зажимы которых подключены через дроссели к положительным обкладкам фильтровых конденсаторов и через фильтровые дроссели к положительному входному зажиму, а отрицательные зажимы подключены к среднему выходному зажиму, соединенному с отрицательным входным зажимом, и через фильтровые дроссели с крайними выходными зажимами, которые под10 ключены к отрицательным обкладкам фильтровых конденсаторов и через встречные вентили к положительным обкладкам других фильтровых конденсаторов (3) .

В этой схеме рекуперация избыточной реактивной энергии, запасенной в коммути15 рующих контурах, осуществляется посредством вентилей встречно-параллельного включения. При этом на интервале времени, представляемом на восстановление управляемости, к прямым вентилям прикладывается малое обратное напряжение, что снижает интенсивность рассасывания неосновных носителей в их структуре и увеличивает время, необходимое для восстановления управляемости.

76791

19 — 22, фильтровые конденсаторы 23, 24, вспомогательные конденсаторы 25, 26, допол"нительные конденсаторы 27, 28, в диагонали мостов включены коммутирующие конденсаторы 29 — 32 и коммутирующие дроссе-. ли 33 — 36, компенсирующие конденсаторы

37, 38 и вспомогательные дроссели 39, 40, шунтирующие нагрузку 41, дополнительные коммутирующие дроссели 42 — 45, встречные вентили 46, 47; дополнительные встречные вентили 48, 49.

Инвертор работает следующим образом.

В первом такте открываются тиристоры

1., 2 третьего моста и тиристоры 5, 6 первого моста, при этом ток протекает по кон. турам: 24 — 1 — 31 — 33 — 2 — 37 — 42 — 24 и

25 — 5 — 32 — 34 — 6 — 44 — 37 — 25. Токи первого и третьего мостов инвертора суммируются в компенсирующем конденсаторе 37.

Во второй половине полупериода тока, когда напряжение на коммутирующих дросселях 44, 42 принимает полярность, указанную на фиг. 1, и их сумма превосходит напряжение на конденсаторе 28, заряженном до напряжения питания, открывается встречный вентиль 46. С этого момента прекращается ток в третьем и первом мостах, останавливается перезаряд коммутирующих конденсаторов 31, 32 на заданном уровне и протекает ток сброса избыточной реактивной энергии, запасенной в коммутирующих дросселях 42, 44 по контуру 44 — 37 — 42—

46 — 28 — 40, т. е. по компенсирующему кон-. денсатору 37 ток протекает в ту же сторону, что и ток мостов инвертора. Во втором такте открываются тиристоры 9, 10 второго моста и тиристоры 13, 14 четвертого моста, при этом ток протекает по контурам: 26—

9 — 29 — 35 — 10 — 45 38 — 26 и 23 — 13

30 — 36 — 14 — 38 — 43 — 23. Токи второго и четвертого мостов инвертора суммируются в компенсирующем конденсаторе 38.

25 дополнительный фильтровый дроссель с положительным входным выводом и с второй обкладкой упомянутого вспомогательного конденсатора и катодом дополнительного вейтиля, анод которого подключен к первой обкладке другого вспомогательного конденсатора. Два других дополнительных коммутирующих дросселя включены каждый между второй обкладкой фйльтровогб=конденсатора и соответствующим входным выводом, соединенным через параллельно включенные компенсирующий конденсатор и вспомогательный дроссель с отрицательным входным выводом.

Кроме того, инвертор снабжен дополнительными вентилями и вспомогательной последовательной цепочкой, включенной параллельно входным выводам и состоящей из дросселя и конденсатора, точка соединения: - которых через дополнительные вентили, включенные, в обратном направлении, подключена к отпайкам дополнительных коммутирующих дросселей, включенных последовательно с дополнительными мостами, а отпайки двух других дополнительных комму- so тирующих дросселей соединены через другие дополнительные вентили с анодными группами соответствующих мостов.

Схемы инвертора представлены на

--- -фиг. 1 — 3.

Схема инвертора, изображенная на фиг.Л содержит четыре моста; состоящих "из тиристоров 1 — 16, фильтровые дроссели 17, 18, дополнительные фильтровые дроссели

Цель изобретения — повышение надежности. -"Для достижения поставленной цели инвертор, содержащий связаййые с входйймй выводамй через дроссели фильтра тиристорные мосты с коммутирующими LC-контурами в диагоналях, анодные группы которых соединены с первыми обкладками фильт ровых, конденсаторов, причем вторые обкладки, последних соединены с анодами встречных вентилей и связаны с выходными выводами, подключенными к первым об в кладкам вспомогательных конденсаторов, снабжен двумя дополнительными тиристорными мостами, вспомогательными дросселями, допблнительными фильтровыми дросселями, двумя дополнительными конденсато"-рами, двумя компенсирующими конденсаторами, двумя дополнительными встречными вентилями и дополнительными коммутирующими дросселями, включенными каждый последовательно с катодной группой одного из дополнительных мостов, связанной с отрицательным входным выводом через один дополнительный коммутирующий дроссель, с положительным входным выводом — через последовательную цепочку из дополнителького конденсатора и дополнительного фильтрового дросселя, общая точка которых соединена с катодом встречного вентиля, а анодная группа моста соединена через другой

Во второй половине полупериода тока, когда напряжение на коммутирующих дросселях 45, 43 принимает полярность, указанную на фиг. 1, и сумма этих напряжений превосходит, напряжение питания, до которого заряжен конденсатор 27, открывается встречный вентиль 47, С этого момента прекращается ток во втором и четвертом мостах, останавливается перезаряд коммутирующих конденсаторов 29, 30 на заданном уровне и протекает ток сброса избыточной реактивной энергии, запасенной в коммутирующих дросселях 45, 43 по контуру: 43 — 47 — 27—

45 — 38 — 43, т. е. по компенсирующему конденсатору 38 в ту же сторону, что и ток второго и четвертого мостов.

В третьем такте открываются тиристоры

3, 4 и 7, 8, а в четвертом — тиристоры 11, 12 и 15, 16, при этом процессы в инверторе повторяются аналогично описанным.

С ростом- эквивалентного сопротивления нагрузочного контура растет и напряжение на нем. При возрастании амплитуды напря767919

5Е

55 жения на индукторе до напряжения, равного напряжению питания, открываются вентили 48, 49 и протекает ток сброса избыточной реактивной энергии, запасенной в нагрузке, в первом полупериоде выходного напряжения по контуру: 41 — 49 — 26 — 41, а во втором полупериоде — по контуру:

41 — 48 — 25 — 41. При этом амплитуда напряжения на индукторе ограничивается на уровне, равном питающему напряжению и выше, в зависимости от узла включения вентилей 48, 49, а к мостам инвертора прикладывается напряжение на компенсирующих конденсаторах 37, 38, равное половине напряжения на индукторе. Такое ограничение напряжения на нагрузке при возрастании ее эквивалентного сопротивления позволяет устранить аномальный режим работы инвертора (например, срыв инвертирования), связанный с резким уменьшением времени, предоставляемого для восстановления управляемости прямых вентилей.

С возрастанием относительной величины паразитных индуктивностей, не охваченных контуром сброса избыточной реактивной энергии, возрастает и напряжение на элементах инвертора. Для повышения эффективности ограничения напряжения на элементах инвертора и снижения длительности протеканйя тока сброса избыточной реактивной энергии, запасенной в коммутирующих дросселях во .второй половине полупериода тока, в инверторе, изображенном на фиг. 2, осуществляется сброс избыточной реактивной энергии, запасенной в коммутирующих конденсаторах в первой половине полупериода тока, Инвертор, показанный на фиг. 2, содержит дополнительные вентили 50, 51, 52, 53, дроссель 54 и конденсатор 55. Схема работает следующим образом. В первом такте открываются тиристоры 1, 2, 5, 6, и ток сначала протекает под действием напряжения на коммутирующем конденсаторе по контурам 31 — 33 — 2 — 39 — 42 — 52 — 1 — 31, 32—

34 — 6 — 44 — 50 — 55 — 37 — 25 — 5 — 32, а затем, когда закроются вентили 52, 50, по контурам 24 — 31 — 33 — 2 — 37 — 42 — 24, 25 — 5 — 32

34 — 6 — 44 — 37 — 25.

Во второй половине полупериода тока также, как и в первом варианте, протекает ток сброса избыточной реактивной энергии, запасенной в коммутирующих дросселях 44, 42 по контуру: 42 — 46 — 28 — 44 — 37 — 42. Во втором такте открываются тиристоры 9, 10, 13, 14 и ток протекает сначала по контурам:

29 — 25 — 10 — 45 — 51 — 55 — 38 — 26 — 9 — 29, 3036 — 14 — 38 — 43 — 53 — 13 — 30, а затем, когда закроются вентили 51, 53, по контурам:

26 — 9 — 29 — 35 — 10 — 45 — 38 — 26, 23 12—

30 — 36 — 14 — 38 — 43 — 23. Во второй половине полупериода тока протекает ток сброса избыточной реактивной энергии, запасен5

1е

f5 ге г5 зе

З5

1Е

15 ной в коммутирующих дросселях 45, 43, по контуру: 43 — 47 — 27 — 45 — 38 — 43.

В следующих тактах, когда открываются тиристоры 3, 4, 7, 8 и 11, 12, 15, 16 процессы в схеме повторяются. аналогично описанным.

На фиг. 3 изображен вариант исполнения инвертора. В этом случае в каждый такт работы схемы высокочастотным током подпитываются обе половины нагрузки, и ток сброса избыточной реактивной энергии, запасенной в коммутирующих дросселях, также протекает через обе половины нагрузки.

Формула изобретения

1. Последовательный автономный инвертор, содержащий связанные с входными выводами через дроссели фильтра тиристорные мосты с коммутирующими LC-контурами в диагоналях, анодные группы которых соединены с первыми обкладками фильтровых конденсаторов, причем вторые обкладки последних соединены с анодами встречных вентилей и связаны с выходными выводами, подключенными к первым обкладкам вспомогательных конденсаторов, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, он снабжен двумя дополнительными тиристорными мостами, вспомогательными дросселями, дополнительными фильтровыми дросселями, двумя дополнительными конденсаторами, двумя компенсирующими конденсаторами, двумя дополнительными встречными вентилями и дополнительными коммутирующими дросселями, включенными каждый последовательно с катодной группой одного из дополнительных мостов, связанной с отрицательным входным выводом через один дополнительный коммутирующий дроссель и с положительным входным выводом — через последовательную цепочку из дополнительного конденсатора и дополнительного фильтрового дросселя, общая точка которых соединена с катодом встречного вентиля, а анодная группа моста соединена через другой дополнительный фильтровый дроссель с положительным входным выводом и с второй обкладкой упомянутого вспомогательного конденсатора и катодом дополнительного вентиля, анод которого подключен к первой обкладке другого вспомогательного конденсатора, причем два других дополнительных коммутирующих дросселя включены каждый между второй обкладкой фильтрового конденсатора и соответствующим выходным выводом, соединенным через параллельно включенные компенсирующий конденсатор и всйомогательный дроссель с отрицательным входным выводом.

2. Инвертор по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными вентилями и вспомогательной последовательной цепочкой, включенной параллельно входным

767919

91 рие.1 выводам и состоящей из дросселя и конденсатора, точка соединения которых через дополнительные вентили, включенные в обратном направлении, подключена к отпайкам дополнительных коммутирующих дросселей, включенных последовательно с дополнительными мостами, а отпайки двух других дополнительных коммутирующих дросселей соединены через другие дополнительные вентили с анодными группами соответствующих мостов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Тиристорные преобразователи частоты для индукционного нагрева металлов. Труды

УАИ, вып. 39, сб. 2, Уфа, 1972, с. 57, рис. 1.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2512556/07, кл. Н 02 М 7/515, 1977.

3. Авторское свидетельство СССР № 601790, кл. Н 02 М 7/515, 1973.

767919

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор E. Караулова

Заказ 7915/50

Составитель И.Жеребииа

Тсехред К. Шуфрич Корретор М. Пожо

Тираж 783 Подписное