Последовательный автономный инвертор

 

О П И (.". А

ИЗОБРКткиия

<щ 83933

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 310179 (2> } 2719119/24-07

Н 02 М 7/515 с присоединением заявки Й9Государственнрй коинтет

СССР по делан нзобретеннй и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 301180. Бюллетень И9 44 (53) УДК 621, 314. .572 (088.8) Дата опубликования описания 30.11. 80 (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

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

Наиболее близкой к изобретению является схема инвертора (2), которая содержит вентильный мост, к зажимам переменного тока которого подключе ны одн и обкладк и двух коммутирующих конденсаторов, а к анодам и катодам вентилей моста, подключенным к входным зажимам через фильтровые дроссели, подсоединены цепочки, состоящие из последовательно соединенных коммутирующего дросселя и фильтрового конденсатора. В этой схеме, во-первых, увеличено время, предоставляемое для восстановления управляемости вентилей, пример.iо до половины периода выходной частоты; во-вторых, предотвращается возрастание напряжения на вентилях инвертора при резком снижении сопротивления нагрузки.

Недостатком этой схемы является то, что на интервале времени, предоставляемого для восстановления управляемости прямых вентилей, к ним прикладывается малое обратное напряжение, госкольку рекуперация избыточной реактивной эйергии, запасенной в коммутирующем контуре, осуществляется посредством вентилей встречно -параллельного включения, что приводит к

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано при разработке генераторов для ультразвуковой технологии. 5

Известна схема автономного мостового последовательного инвертора, содержащая вентильный мост, в диагонали которого включен коммутирующий

LC-контур и нагрузка (11, в котором @ ток, протекающий через вентили, имеет сииусоидальную форму, что снижает коммутационные потери в вентилях,а напряжение на нагрузке имеет симметричную, близкую к синусоидальной, форму ч о уменьшает содержание высших гармоник в выходном токе и уменьшает потери в компенсирующем нагруз.— ку конденсаторе.

Однако в укаэанной схеме инверто- 20 ра время для восстановления управляемости составляет 0,1-0,0 периода выходного напряжения, что снижает верхний предел частоты, на которой может применяться этот инвертор.Кро- 25 ме того, в атой схеме при резком снижении сопротивления нагрузки недопустимо возрастает напряжение на вентилях, что снижает надежность работы инвертора. 3О

В. В. Шипицин, А. А. Новиков, В. И. Лузгин, A. A. Рухман, B. В. Дрягин, В. В. Рудный, А. В. Абрамов, О. Л. Кузнецов, Ф. Н. Маричев, В. Г. Сафин, Г. Н. Ягодов, В. Н. Макаров и Д. В. Чуркин

783933 затягиванию времени, необходимого для восстановления управляемости прямых вентилей, а следовательно к снижению предельно возможной выходной частоты и снижению надежности работы. Помимо этого, такая схема способна работать в узком диапазоне изменения эквивалентного сопротивления нагрузки, поскольку с его ростом снижается время, предоставляемое

> для восстановления управляемости прямых вентилей, и нарушаются условия их коммутации, что также сни жает надежность работы.

Целью изобретения является повышение надежности работы инвертора.

Для достижения поставленной цели инвертор, содержащий тиристорный мост, выводы переменного тока которого соединены с одними обкладками коммутирующих конденсаторов, а к анодам и катодам тиристоров, связанных с входными выводами через дроссели фильтра, подключены последовательные цепочки, состоящие каж .:дая из коммутирующего дросселя и фильтрового конденсатора, связанно го c соответствующим выходным выводом, снабжен диодами и выходным трансформатором с четырьмя попарно последовательно соединенными первичными обмотками, а коммутирующие дросселя выполнены двухобмоточными, причем каждая пара первичных обмоток — выходного трансформатора подключена"между фильтровыми конденсаторами первых последовательных цепочек, соединенных с тиристорами смежных противофазных плеч моста, и зушунти-. рбвана двумя цепочками, состоящими каждая иэ диода и одного иэ указанных фильтровых конденсаторов, а об-: щая точка пары соединена с другой обкладкой коммутирующего конденсаторф и общей точкой последовательно соединенных вторичных обмоток коммутирующих дросселей вторых цепочек, причем концы укаэанных вторичных обмоток через диоды подключены к точкам соединения конденсаторов и йервичных обмоток коммутирующих дросселей первых цепочек, а первичнаяобмотка коммутирующего дросселя каж дой цепочки выполнена с отпайкой, подключенной через диод к точке соединения фильтрового конденсатора этой же цепочки с первичной обмоткой трансформатора.

На фиг.1 показан основной вариант инвертора; на фиг.2 — полумостовой вариант.

Инвертор состоит иэ тиристорногГ моста, содержащего тиристоры 1-4, коммутирующие конденсаторы 5, б, коммутирующие дроссели 7 — 10 со вторичными обмотками 11-14, включенные последовательно с коммутирующими дросселями, фильтровые дроссели 15-18 и фильтровые конденсаторы 19-22, нагрузку 23, подключенную ко вторичной обмотке 24 выходного трансформатора, первичные обмотки которого 25-28 подключены между коммутирующими и фильтровыми конденсаторами; подключенные к отпайкам коммутирую щих дросселей и фильтровым конденсаторам диоды 29-32 для ограничения прямой полуволны напряжения на коммутирующих дросселях; включенные. последовательно с вторичными обмотками

16 коммутирующих дросселей, фильтровыми конденсаторами и первичными обмотками выходного трансформатора диоды

33-36. для ограничения обратной по- луволны напряжения на коммутирующем

f$ дросселе и включенные последователь но с первичными обмотками и фильтровыми конденсаторами диоды 37-40 для ограничения напряжения на нагрузке.

ИнвертОр работает следующим об— разом. В первом такте отпирается тиристор

1, и ток протекает по контуру .21-9-1-5-25-21 и трансформируется в контур 24-23-24.В случае, если напряжение на части коммутирующего дросселя 9 окажется выше напряжения на фильтровом конденсаторе 21, в начале периода будет протекать импульс тока в контуре 9-21-31-9, который прекратится в момент равенства

30 указанных напряжений. После смены полярности напряжения на коммутирующем дросселе 9, когда величина напряжения на вторичной его обмотке

13 превышает сумму напряжений на

Я конденсаторе 22 и обмотке 26 нагрузочного трансформатора, отпирается диод 36, и ток рекуперации энергии из контура коммутации протекает по цепи 13-36-22-26-13.

Во втором такте отпирается тиристор 2, и в том же порядке, что и в первом такте, в инверторе протекают токи: ток в контуре коммутации

22-10-2-6-26-22;

@$ ток ограничения первой полуволны напряжения-на коммутирующей индуктивности по контуру 10-22-29-10; ток рекуперации энергии из контура коммутации по цепи 14-35-21-25щ 14.

При этом импульс тока s нагрузке

23 будет протекать в направлении противоположном направлению тока в первом такте.

Время, предоставляемое для восстановления управляемости тиристора 1, состоит из двух интервалов. Первый иэ этих интервалов равен " времени работы тиристора 2, т.е. полупериоду выходной частоты. Второй интер60 вал определяется моментом.выравниванин напряжений на конденсаторе 21 и перезаряжается через тиристор 3 конденсатора 5. Этот интервал составляет примерйо 0,2 от периода выходной

65 частоты. Таким образом, полное вре7839)3 мя, предоставляемое для восстановления управляемости тиристора 1 (аналогично и для тиристоров 2,3 и 4), составляет примерно 0,7 периода выходной частоты.

В третьем такте отпирается тиристо

3, и в схеме протекают следующие токи: ток в контуре коммутации 19-27-53-7-19; ток ограничения напряжения на коммутирукщей индуктивности по контуру

7-32-19-7; ток рекуперации энергии из контура коммутации по цепи 11-28-20-34-11.

Направление тока в нагрузке 23 будет противоположным направлению в преды- 1 дущем такте.

В четвертом такте отпирается тиристор 4, и токи текут по цепям: ток в контуре коммутации 20-28-64-8-20; ток ограничения напряжения на коммутирующей индуктивности по контуру 8-30-20-8; ток рекуперации энергии из контура коммутации по цепи 12-27-19-33-12.

Через нагрузку 23 будет протекать импульс тока, направление которого противоположно направлению тока в предыдущем такте. Таким образом, в схеме осуществляется двухсторонняя подпитка нагрузки импульсами тока.

Токи рекуперации энергии протекают через нагрузку в том же направлении, что и импульсы тока, соответствующего им контура коммутации.

Если суммарное направление на обмотках трансформатора 25, 27, и

26, 28 станет выше, чем напряжение, до которого заряжены конденсаторы

19,20,21 и 22, то откроются диоды

37, 38, 39 и 40, н потекут токи в цепях ограничения напряжения на нагрузке: 25-27-37-21-25, 25-27-1938-25, 26-28-39-22-26 и 26-28-20-4026.

Схема может быть выполнена в полумостовом варианте (фнг.2).

Процессы в схеме протекают тогда следующим образом.

В первом такте отпирается тиристор

1, и течет ток в контуре коммутации по цепи 21-9-1-5-25-21. При этом ток ограничения напряжения на коммутирующем дросселе протекает по цепи.

9-21-31-9. Ток рекуперации энергии иэ контура коммутации течет по цепи

13-36-19-13.

Во втором также отпирается тиристор 3, и течет ток в контуре коыаутации по цепи 19-27-5-3-7-19. При этом ток ограничения напряжения на коммутирующем дросселе протекает по цепи 7-32-19-7. Ток рекуперации энергии из контура коммутации течет по цепи 11-21-34-11.

10 рующих конденсаторов, а к анодам и

2О катодам тиристоров, связанных с входными выводами через дроссели фильтра, подключены последовательные цепочки, состоящие каждая из коммутирующего дросселя и фильтрового конденсатора, связанного с соответству ющим выходным выводом, о т л и ч аю шийся тем,что, с целью повышения надежности, он снабжен диодами и выходным трансформатором с четырьмя попарно последовательно соединен30 ными первичными"обмотками, а комму- тирующие дроссели выполнены двухобмоточными, причем каждая пара первичных обмоток выходного трансформатора подключена между фильтровыми

35 конденсаторами первых последовательных цепочек, соединенных с тиристорами смежных противофазных плеч мОста, и зашунтирована двумя цепочками, состоящими, каждая из диода и одного из указанных фильтровых конденсаторов, а общая точка пары соединена с другой обкладкой коммутирующего конденсатора и общей точкой йоследовательно соединенных вторичных обмоток коммутирующих дросселей вторых цепочек, причем концы укаэанных вторичных обмоток через диоды подключены к точкам соединения конден.саторов и первичных обмоток коммутирующих дросселей первых цепочек, N а первичная обмотка коммутирующего дросселя каждой цепочки выполнена с отпайкой, подключенной через диод к точке соединения фильтрового конденсатора этой же цепочки с первичной обмоткой трансформатора. б5

При превышении величины напряжения на нагрузке уровня, до которого запряжены конденсаторы 21 и 19, те- кут токи по цепям 25-27-37-21-25 и

25-27-19-38-25.

Таким образом, схемы обеспечивают время, предоставляемое для восстановлений управляемости вентилей,в пределах 0,5-0,7 периода частоты выходного напряжения, а также обеспечивают работу при изменении сопротивления нагрузки от 0 до oo, что в целом на 25-30% повышает надежность предлагаемого инвертора.

Формула изобретения

Последовательный автономный ин- вертор, содержащий тиристорный мост, выводы переменного тока которого соединены с одними обкладками коммутиИсточники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Беркович Е. И. и др. Тнристорные преобразователи высокой частоты. Л., "Энергия", 1973, с. 46 .рис. 3>16а.

2. Авторское свидетельство СССР

9 484611, кл. Н 02 М 7/515, 1977.

°7В3933

Фиг Ф

Фиг. г

Составитель И. Жеребина

Техред М.Контура Корректор Н. Степ

Редактор Н. Спиридонова

Ю Ю

Заказ 8566/59 Тираж 783 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Ы» и»: . --.. Ф..

Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная,4