Последовательный инвертор

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОИ:КОМУ СВИ ИТЕЛЬСТВУ

<1ц807467 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 240179 (21) 2716288/24-07 с присоединением заявим ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 2 0281 Бюллетень Н9 7

Дата опубликования описания 230281

Р11М. Ка.

Н 02 М 7/515

Государствеииый комитет

СССР яо делам изобретений и открытий (53) УДК 621. З14..572 (088.8) В

Уфимский авиационный институт им. Орджоникидзе (71) Заявитель (54). ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫИ ИНВЕР1ОР

Устройство относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника питания электротермических установок.

Известны инверторы, содержащие дроссели фильтра, соединенные с колебательными контурами из конденсатора и индуктивности, а аткже управляемые вентили и выходные зажимы, к которым подключается йагруэка (1).

Недостатком этих схем является сильно выраженная зависимость напряжений и токов в силовых контурах от параметров нагрузки. 15

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является последовательный инвертор, содержащий две ветильные пары, образованные встречно-параллельно соединенными 20 тиристорами и диодом, каждая иэ, которых через соответствующий дроссель . фильтра соединена со входным выводом, а через элементы колебательной ЬС-цепи с выходным выводом (2).

Недостаток инвертора заключается в малом запасе коммутационной. устойчивости, что снижает надежность схемы, а также невозможности регулирования мощности. 30

Цель изобретения — повышение надежности и расширение диапазона регулирования мощности.

Поставленная цель достигается тем, что последовательный инвертор содержащий два шунтированных обратными диодами тиристора, анод каждого нз которых через соответствующий дроссель фильтра связан с положительным входным выводом и через коммутирующую ЬС-цепочку — с первым выходным выводом, а катод соединен с отрицательным входным выводом и вторым выходным выводом, снабжен двухобмоточным трансформатором, каждая из обмо- ток которого включена последовательно с соответствующим дросселем фильтра.

При симметричном управлении инвертоРом по обоим дросселям фильтра протекает равная по величине постоянная составляющая тока, определяемая входной мощностью инверторов и переменная составляющая, амглитуда которой не. зависит от входной мощности. Включение двух обмоток трансформатора последовательно соответствующим. дросселям, причем- встречно относительно постоянной составляющей, позволяет избавиться от постоянной составляю807467 щей магнитного потока в сердечнике трансформатора. По контуру циркуляции, а также по контурам протекания переменной составляющей входных токов (по дросселям фильтра) трансформатор имеет индуктивную реакцию. Причем, поскольку амплитуда переменных составляющих в режиме номинальной мощности мала, относительно величины постоянной составляющей, эффективность фильтрации посредством указанного включения трансформатора может быть существенно выше без ощутимого увеличения габаритов установки. Сердечник трансформатора может быть выполнен замкнутым, например иэ феррита, при этом добавочная индуктивность, вносимая обмотками трансформатора в фильтровые цепи может в несколько раз превосходить индуктивность дрос-. селей фильтра. Это позволяет значительно снизить уровень переменной 20 составляющей.

На фиг. 1 и 2 схематически изобра- . жен инвертор, два варианта выполнения; на фиг.. З,и 4 — временные диаграммы, поясняющие работу этих схем.

Инвертор питается от источника 1 постоянного, напряжения и содержит две вентильные пары, образованные соответственно тиристором 2 и диодом

3, тиристором 4 и диодом 5. Вентиль- ) ная пара 2, 3 подключается к источнику 1 через дроссель фильтра 6. и первую обмотку 7 трансформатора. Общий вывод этой вентильной пары и обмотки

7 соединен с нагрузкой 8 через ком.мутирующий конденсатор 9 и коммутирующий дроссель 10. Вентильная пара

4,. 5 подключена к источнику через дроссель фильтра 11 и вторую обмотку

12 трансформатора. Общий вывод вентильной пары 4, 5 и обмотки 12 соединен 4О с нагрузкой 8 через коммутирующий конденсатор 13 и коммутирующий дроссель 14.

Работа инэертора заключается в

;ледующем. 45

На управляющие электроды тиристоров 2. и 4 поочередно подаются импульсы управления от устройства управления (фиг. 3). При отпирании, например, тиристора 2 предварительно за- уо ряженный с полярностью, укаэанной на чертеже, конденсатор 9 разряжается на нагрузку 8 по контуру 9, 2, 8, 10. Параметры этого контура подобраны такими, чтобы процесс разряда про- >> исходил по колебательному закону.

Поэтому по окончании прямой полуволны разрядного тока по контуру 9, 3, 8, l0 протекает обратная полуволиа, длительность которой определяет время восстановления тиристора 2 в рассмот- 40 ренном интервале проводящего состояния вентильной пары 2, 31 напряжение источника 1 питания приложено к дросселю Фильтра 6 и обмотке 7 трансформатора, поэтому .в этом интервале ток 65 ветви б, 7 возрастает от минимального значений до максимального, т.е. на величину, равную удвоенной амплитуде переменной составляющей тока в этой ветви. Величина ее обратно пропорциональна.индуктивности ветви и, ввиду значительной индуктивности обмотки .7, мала. Далее в момент смены знака. тока диода 3, он запирается. В силу того, что момент смены знака тока диода 3, который является суперпозицией тока ветви б, 7 и контура 9, 3, 8, 10, наступает позже при меньших мгновенных значениях тока и ветви 6, 7, то при меньших пульсациях (в случае введения трансформатора) увеличивается время восстановления тиристора 2. В момент погасания диода 3 наступает период паузы для первой вентильной пары 2, 3, в течение которой конденсатор 9 дозаряжается по контуру 1, 6, 7, 9, 10, 8. В момент подачи импульса на тиристор 4, который следует либо непосредственно за погасанием диода 3, либо с некоторой задержкой в контуре 13, 4, 5, 8, происхо- . дят процессы, аналогичные рассмотренным. В момент повторного включения тиристора 2 цикл работы схемы возобновляется.

В процессе работы схемы на конденсаторах 9 и 13 присутствует переменное напряжение значительной величины, поэтому в контуре 9, 7, б, 11, 12, 13, 14, 10 возникает циркуляция тока, приводящая к дополнительным потерям и частичному разряду конденсаторов.

Для этого контура обмотки 7 и 12 включены согласно и поэтому представляют большое индуктивное сопротивление, что значительно снижает амплитуду тока циркуляции.

На фиг. 2 представлена схема второго возможного варианта изобретения; на Фиг. 4 изображены диаграммы токов и напряжений, характеризующие его работу. Инвертор питается от источника

1 постоянного напряжения и содержит две вентильные пары, образованные соответственно тиристором 2 и диодом

3, тиристором 4 и диодом 5. Вентильная пара подключается к источнику 1 через дроссель фильтра б и первую обмотку дополнительного трансформатора. Общий вывод этой вентильной пары и сбмотки 7 соединен с нагрузкой

8 через коммутирующий дроссель 10.

Вентильная пара 4, 5 подключается к источнику через дроссель фильтра ll и вторую обмотку 12 дополнительного трансформатора. Общий вывод этой пары с обмоткой 12 соединен с нагрузкой 8 через коммутирующий конденсатор 9.

При отпирании тиристора 2, предварительно заряженный с полярностью, 1 казанной на чертеже, конденсатор 9 разряжается по контуру 9, 8, 10, 2, 5. При этом тиристор 4, находящийся до момента начала разряда в проводя807467

Формула изобретения

Последовательный инвертор, содержащий два.шунтированных обратными диодами тиристора, анод каждого из

2О которых через соответствующий дроссель фильтра связан с положительным . входным вйводом и через коммутирующую

" -цепочку — с первым выходным выводом,а катод соединен с отрицательным входным выводом и вторым выходным выводом, отличающийся тем, что, с целью повышения надежностй н расширения диапазона регулирования мощности, он снабжен двухобмоточным трансформатором, каждая иэ обмоток которого включена последовательно с соответствующим дросселем фильтра.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Беркович Е.И. Тиристорные преобразователи высокой частоты. Л., 1973, с. 80, 82, рис. 3-34, 3-36.

2. Тиристорные преобразователи частоты для индукционного нагрева металлов. Межвузовский научный сбор"О ник трудов. Уфа, УАИ, 1976, 9 6, с. 134, рис. 1. фиг.1 щем состоянии, восстанавливается под действием небольшого напряжения проводящего диода 5, а в нагрузке 8 протекает полуволна тока разряда. По

)окончании протекания этой полуволны диод 5 запирается и наступает период паузы, во время которой конденсатор 9 заряжается,по цепи 1, 11, 12, 9, 8, 10, 2. Далее при отпирании тиристора

4 происходит разряд конденсатора по контуру 9, 4, 3, 10, 8.. TOK Разряда имеет направление противоположное предыдущей полуволне. В течение протекания этой полуволны тиристор 2 восстанавливается под действием небольшого напряжения открытого диода

3, По окончании протекания разрядного тока диод 3 запирается и наступает период паузы, в течение которого происходит заряд конденсатора 9 по контуру 1, 6, 7, 10, 8, 9, 4. При.подаче очередного импульса управления на тиристор 2 процессы в инверторе повторяются.

Из описания принципа видно, что в схеме происходит поочередная коммутация вентилей, а в периоды проводящего состояния вентильных пар дроссели фильтра с соответствующими .обмотками трансформатора оказываются подключенными к источнику 1, что обуславливает пульсации тока, величина которых обратно пропорциональна суммарной ин,дуктивности дросселя фильтра и обмотки трансформатора.

В процессе работы на обкладках кон денсатора -9 присутствует знакопеременное напряжение, что обуславливает циркуляцйю тока по контуру 9, 8,-10, 7, 6, 11, 12. Большое индуктивное сопротивление согласно включенных обмоток 7, 12, трансформатора значительно уменьшает амплитуду тока циркуляции.

Изобретение позволяет повысить устойчивость работы за счет увеличения времени восстановления тиристоров на 10-15%, уменьшить нижний предел регулирования мощности в 2-2,5, раза. Кроме того, оно уменьшает в

5 2-2,5 раза переменную составляющую входного тока инвертора, а также потери в инверторе на 5-7Ъ. Достижение полученного результата происходит благодаря введению дополнительного трансформатора, масса и габариты которого не превышают 10Ъ массы н габаритов входных дросселей.

807467

Составитель И.Жеребина

Редактор О.Малец Техред К.Келуащк Корректор Н.Бабинец. Заказ 309/83 Тираж 741 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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