Способ регулирования мощности инверторов с отсекающими диодами

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 040179 (21) 2706б55/24 -07 с присоединением заявки М—

Союз Советских

Социалистических

Республик

<л921034 . (М g> з

Н 02 P 13/18

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий (23) Приоритет-! (И) УДК 621. 314. 572 (088.8) Опубликовано 15,0482, Бюллетень М 14

Дата опубликования описания 150482 (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ, МОЩНОСТИ

ИНВЕРТОРОВ С ОТСЕКИОЩИМИ ДИОДАМИ

Изобретение относится к преобразовательной технике и может найти применение в технике индукционного нагрева металлов.

Известен способ регулирования выходной мощности автономного инвертора путем изменения его напряжения питания. В этом случае инвертор питается от сети переменного тока через управляемый выпрямитель (1) .

Недостатком такого способа регулирования является понижение коэффициента мощности преобразовательной системы выпрямитель — инвертор, что при больших номинальных мощностях вызывает необходимость установки в сети косинусных конденсаторов.

Известен также способ регулирования выходной мощности .автономного инвертора, который основан на использовании резонансных свойств нагруэочного колебательного контура..Дляполучения номинальной мощности выходная частота инвертора подбирается. такой, чтобы в нагрузочном коле25 бательном контуре, образованном активно-инДуктивной и емкостной параллельно соединенными ветвями, обеспечивался резонанс токов.При,этом эквивалентное сопротивление контура чисто ЗО активное.При снижении частоты эквивалентное сопротивление нагрузочного контура становится активно-индуктивным, причем его индуктивная составляющая сначала возрастает, затем достигает максимума и далее уменьшается. Величина максимума эквивалентной индуктивности тем больше, чем выше добротность нагрузочного контура (2).

Однако при использовании такого способа регулирования в инверторах с отсекающими диодами имеет место увеличение уровня раскачки напряжения на вентилях. и реактивных элементах на критическоЦ частоте, соответствующей максимуму величины эквивалентной индуктивности, что понижает надежность работы инвертора.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является способ, заключающийся в изменении соотношения рабочей частоты инвертора и собственной резонансной частоты инверторной цепи (3).

Недостаток данного способа состоит в увеличении индуктивной реакции нагрузочного контура при понижении частоты инвертирования, что влечет

921034 з» собою возникновение перенапряжений на вентилях и снижение надежности.

Целью данного изобретения является повышение надежности работы тиристоров в инверторе с отсекающичи диодами при частотном регулирова- 5 нии мощности, выделяемой в нагруэочном колебательном контуре, путем уменьшения перенапряжений.

Поставленная цель достигается тем, что при регулировании мощности пу- )Q тем изменения соотношения рабочей частоты инвертора и собственной резонансной частоты инверторной цепи сначала производят изменение собственной резонансной частоты инверторной цепи путем изменения емкости цепи, а затем изменяют рабочую частоту инвертора.

Таким образом, при регулировании мощности перед снижением частоты инвертирования производят перекомпенсацию нагрузки путем увеличения компенсирующей емкости. Последующее же снижение частоты производят при заранее уменьшенной добротности.

При уменьшении добротности контура величина максимума индуктивной составляющей эквивалентного сопротивления также уменьшается, что обеспечивает возможность плавного снижения выходной мощности инвертора с допустимым уровнем раскачки напряжения на вентилях.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема последовательного автономного инвертора с отсекающими 35 диодами1 на фиг. 2 — пример реализации ключа для бесконтактного регулирования емкости компенсирующей батареи конденсаторов.

Инвертор состоит из двух мосто- 4О вых ячеек 1 и 2. Каждое плечо моста состоит из тиристоров 3-6 одной ячейки и тиристоров 7-10 другой ячейки. К диагоналям переменного тока ячеек 1 и 2 подключены коммутирующие конденсаторы 11 и 12. Мостовые ячейки 1 и 2 подключены к выводам источника питания 13 через дроссели

14-17 фильтра, причем конденсаторы

18 и 19 фильтра, подключены через первичные обмотки 20 и 21 коммутирующих 5О дросселей 22 и 23 параллельно указан,ным ячейкам 1 и 2 и выходным выводам, образованным катодными группами ячеек .1 и 2. Вторичные обмотки 24 и 25 коммутирующих дросселей 22 и

23 через отсекающие диоды 26 и 27 подключены к фильтровым конденсаторам 18 и 19 ячеек 1 и 2. К выходным выводам инвертора псдключена активно-индуктивная нагрузка 28-29, эа- 60 шунтированная компенсирующей батареей конденсаторов 30. Вспомогательный конденсатор 1 подключается к основной батарее через ключ 32.

Инвертор с отсекающими диодами снаб- 65 жен блоком 33 управления силовыми тиристорами, состоящим иэ последова тельно соединенных задающего генератора 34 с регулятором 35 частоты, с помощью кото рого измен яют частоту инвертирования: формирователя 36 и распределителя 37, выходы которого соединены с управляющими электродами силовых тирнсторов инвертора.

Компенсирующая батарея конденсаторов содержит вспомогательный конденсатор 31, подключенный к основному конденсатору 30 через встречно параллельные диод 38 и тиристор 39, управляющий электрод которого, эашунтированный переключателем 40 и

I резистором 41, подключен через диод 42 и пик-дроссель 43 к резистору

44 и вторичной обмотке насыщающегося трансформатора тока 45. Первич ая обмотка трансформатора 45 включена в цепь основного конденсатора 30.

Инвертор в кваэиустановившемся режиме работает следующим образом.

Пусть фильтровые и коммутирующие конденсаторы имеют полярность напряжения, указанную на.фиг. 1. При подаче импульсов управления на тиристоры 3 и 5 ячейки 1 происходит перезаряд коммутирующего конденсатора 11 через первичную обмотку 20 коммутирующего дросселя 22 и нагрузку 28,29. При достижении максимума тока тиристоров 3 и 5 полярность напряжения на обмотках коммутирующего дросселя 22 меняется на противоположную и, как только это напряжение станет больше напряжения фильтрового конденсатора 19, опирается диод 26 и происходит сброс излишней реактивной энергии с коммутирующего дросселя 22 на конденсатор 19 филь- тра. Далее аналогично работают тиристоры 7 и 9 и диод 27, затем ти- риаторы 4 и 6 и диод 26, заканчивается цикл работой тиристоров 8 и 10 и диода 27. В ходе технологического процесса (например плавки металлов) приходится изменять мощность, отдаваемую инвертором в нагрузку. При частотном регулировании мощности, при снижении частоты, нагрузку можно рассматривать, как последовательное соединение индуктивности 28 и активного сопротивления, 29. Но в схемах с отсекающими диодами не предусмотрен сброс излишней, реактивной энергии с нагрузки, а поэтому напряжение на элементах схемы будет повышенным.

Для устранения этого недостатка перед снижением частоты сначала производят увеличение емкости коммутирующих конденсаторов, подключая к основной батарее конденсаторов 30 с помощью ключа 32 дополнительный конденсатор 31, а затем снижают частоту инвертирования.

923034

Бесконфликтное ключевое устройство (фиг. 2) работает следующим образом.

При прохождении тока конденсатора

30 через нуль последний заряжается до амплитудного значения напряжения.

Если предшествующая полуволна тока имела направление, указанное на фиг. 2 стрелкой, то полярность напряжения на конденсаторе 30 соответствует обозначенной на фиг. 2 и яв- 1О ляется прямой для диода 38. Вследствие этого конденсатор 31 в рассматриваемый момент времени должен быть заряжен до того же напряжения, что и конденсатор 30. При размыкании пе- g реключателя 40 в рассматриваемый момент времени на управляющий переход тиристора 39 поступает отпирающий сигнал. Это обеспечивает присоединение коммутируемого конденсатора

31 к основному конденсатору 30 через диод 38 и включающийся тирис-. тор 39.

Таким образом, изменение собственной резонансной частоты инверторной цепи путем изменения емкости конденсатора с последующим изменением частоты позволяет снизить перенапряжения на элементах инвертора н повысить его надежность, Формула изобретения

Способ регулирования мощности ннверторов с отсекающими диодами, заключающийся в изменении соотношения рабочей частоты инвертора и собственной резонансной частоты инверторной цепи, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем уменьшения перенапряжений, сначала производят изменение собственной резонансной частоты инверторной цепи путем изменения емкости, а затем изменяют рабочую частоту инвертора °

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 ° Бедфорд Б., Хофт P Теория автономных инверторов. М., Энергия, 1969, с. 165.

2. Там же, с. 168.

3. Там же, с. 168.