Высоковольтный регулируемый инвертор

 

Союз Советских

Социалистических

Рес ублик

ЬП ИСАНИЕ

ИЗЬЬРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ () 936304 (6I ) Дополнительное к авт. синд-ву(22) Заявлено 08. 10. 80 (2l ) 2990367/24-07 (51)М. Кл. с присоединением заявки ле(23)П ио итетH 02 И 7/515 еесударетееиивй кевитет

CCCP ве девам язебретеияй я етерытий р р

Опубликовано 15. 06. 82. Бюллетень М 22 (53) УДК 621. 314. .572(088.8) Дата опубликования описания 15 .06. 82

Е. И. Снятков, В. И. Глазков, А. Г. Голубятнннев;—

Н. И. Петриди и Л. Я. Финкельштейн (72) Авторы изобретения

Уфимский авиационный институт им. Орджоникидзе ., (71) Заявитель а (54) ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ РЕГУЛИРУЕМЫЙ ИНВЕРТОР

Изобретение относится к преобразовательной технике и может найти применение в качестве источника питания высоковольтных потребителей с широким диапазоном изменения частоты и

5 мощности потребляемого тока, например для питания индукционных электрометрических установок повышенной частоты.

Известен высоковольтный последовательный инвертор, содержащий несколько тиристорных мостов с коммутирующим контуром в диагонали переменного тока, каждый из которых связан с последующим мостом по цепи переменного тока через диоды, по цепи постоянного тока через входные дроссели, а нагрузка включена последовательно с разделительным конденсатором в цепь переменного тока между анодной вершиной первого моста и катодной вершиной последнего моста. rIo" следовательное соединение инвертирующих мостов по переменному току поз2 воляет повысит ь выходное напряжение в число раз равное числу мостов по сравнению с выходным напряжением одного инвертирующего моста без повышения напряжения на элементах инвертора. Регулирование, выходного напряжения и мощности в известном инверторе может осуществляться за счет изменения входного. напряжения или час-: тоты инвертирования при работе на нагруаонный колеоатеоьный контур (l1

Однако, диапазон регулирования при этом ограничен.

Известны автономные инверторы, содержащие инвертирующие мосты с коммутирующими конденсаторами в диагоналях переменного тока, подключенные параллельно с цепочкой из последовательно соединенных разделительного конденсатора, кбммутирующего дросселя и нагрузки к зажимам .ис-. точника постоянного тока через вход" ные дроссели, а также диодно-дроссельные цепочки, образующие с ком3 9363О мутирующими конденсаторами дополнительные разрядные контуры, не содержащие нагрузку. Предварительный разряд коммутирующих конденсаторов через диодно-дроссельные цепочки позволяют регулировать выходное напря жение и мощность в широких пределах $2) и (31.

Однако выходное напряжение известных инверторов в номинальном режи- Ю ме работы не превышает напряжения источника постоянного тока.

Наиболее близким по технической сути к изобретению является преобразователь частоты, содержащий тирис- !5 торный инвертирующий мост с коммутирующим конденсатором в диагонали переменного тока, подключенный параллельно с цепочкой из последовательно соединенных коммутирующего дросселя, разделительного конденсатора и выходных зажимов к зажимам постоянного тока мостового выпрямителя через входные дроссели в анодной и катодной цепях, а также автотрансформатор, вклю- 25 ченный в диагональ переменного тока инвертирующего моста, при этом средняя точка обмотки автотрансформатора соединена с нулевым выводом вторичной обмотки питающего трансформатора. В этом:преобразователе Фсоммутирующий конденсатор предварительно, при включении одного из двух тиристоров моста формирующих импульс тока в нагрузке, разряжается через

35 автотрансформатор на последовательные диодно-дроссельные цепочки, элементами которых являются диоды выпрямителя и входные дроссели. Изменяя время предварительного разряда 40 коммутирующего конденсатора, можно в широких пределах регулировать выходное напряжение и мощность (4 ).

Однако выходное напряжение известного инвертора в номинальном режиме работы не превышает напряжения источ ника постоянного тока, что усложняет условия согласования инвертора с высоковольтной нагрузкой, требует специальных согласующих устройств, что в свою очередь снижает КПД устройства.

Целью изобретения является повышение КПД.

Поставленная цель достигается 55 тем, что инвертор, содержащий подклю. ченную ко входным выводам череЗ дроссели фильтра ячейку, состоящую из тиристорного моста с параллельно включенными коммутирующим конденсатором и обмоткой автотрансформатора со средним выводом в диагонали переменного тока, причем параллельно мосту подключено две последовательные цепочки, состоящие первая из коммутирующего дросселя и разделительного конденсатора, а втораяиз двух диодно-дроссельных цепочек, он снабжен дополнительными идентичными ячейками, подключенными каждая через дополнительные фильтровые дроссели ко входным выводам, причем средняя точКа автотрансформатора каждой предыдущей ячейки соединена с общей точкой диодно-дроссельных цепочек последующей ячейки, а средняя точка обмотки автотрансформатора последней ячейки и общая точка диоднодроссельных цепочек первой ячейки образуют выходные выводы.

При таком соединении ячейки имеют общую цепь разряда коммутирующих конденсаторов через диодно-дроссельные цепочки на нагрузку, что позволяет увеличить напряжение на нагрузке в и раз (где n - число ячеек) по сравнению с выходным напряжением каждой ячейки за счет суммирования напряжения на коммутирующих конденсаторах в цепи их разряда.На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого инвертора с числом ячеек и = 2; на фиг. 2осциллограммы импульсов управления, подаваемых на тиристоры инвертора (а), тока тиристоров 1 (б) и тока в нагрузке 1,(в).

Высоковольтный регулируемый инвертор состоит из ячеек 1 и 2, содержащих мосты, выполненные на. тиристорах 3-10 с коммутирующими конденсаторами 11 и 12 в диагоналях переменного тока, и подключенные параллельно со своими цепочками из последовательно соединенных разделительных конденсаторов 13 и 14 и соответственно коммутирующих дросселей 15 и 16 к зажимам источника постоянного тока через фильтровые дроссели 17-20, автотрансформаторы 21 и 22 с полуобмотками

23-26,.включенные в диагонали переменного тока мостов, последовательные диодно-дроссельные цепочки, выполненные из диодов 27-30 у дросселей

31-34, включенные по две последовательно между вершинами каждого моста, 9363О

5 при этом средний вывод обмотки автотрансформатора 21 первой ячейки соединен с общей точкой диодно-дроссельных цепочек второй ячейки, а средний вывод обмотки автотрансформатора 22 второй ячейки и общая точка диоднодроссельных цепочек первой ячейки образуют выходные выводы, к которь м подключена нагрузка 35.

Инвертор работает следующим обра- to зом.

В установившемся режиме работы к моменту времени to включения тиристоров 3 и 7, разделительные конденсаторы 13 и 14 заряжены до напряжения источника питания, а коммутирующие конденсаторы 11 и 12 заряжены до напряжения с полярностью, указанной на фиг, 1. Напряжение конденсаторов 11 и 12 равномерно делится по полуобмоткам 23-26 автотрансформаторов 21 и 22. При включении в момент времени и тиристоров 3 и 7 под действием суммы напряжений на полуобмот- gg ках 23 и 25 автотрансформаторов 21 и 22 в контуре тиристор 3 - полуобмотка 23 - диод 29 - дроссель 33— тиристор 7 - полуобмотка 25 - нагрузка 35 - диод 2 7 - дроссель 31 - тири с-3я тор 3 протекает импульс тока в направлении указанном на фиг. 1 стрелкой, конденсаторы 11 и 12 разряжаются при этом на обмотки автотрансформаторов 21 и 22. Затем в момент вре35 мени t включаются тиристоры 5 и 9

1 и в интервале времени t — t1 происходит коммутация тока с указанного контура на два отдельных контура тиристор 3 - конденсаторы 11 - тирис-, тор 5 = конденсатор .13 - дроссель 15тиристор 3 и тиристор 7 - конденсатор 12 - тиристор 9 - конденсатор

14 - дроссель 16, - тиристор 7. Конденсаторы 11 и 12 перезаряжаются по синусоидальному закону и в момент перехода через ноль импульсов токов перезаряда этих конденсаторов тиристоры 3-9 выключаются. Затем в момент времени t включаются тиристоры 4 и 8, 4 iO а в момент времени 1 - тиристоры

6 и 10. При этом пройсходит аналогичный процесс перезаряда коммутирующих конденсаторов 11 и 12 и в нагрузке

35 формируется. очередной импульс то55 ка в направлении указанном на фиг. 1 стрелкой. К моменту времени tg очередного включения тиристоров 3 и 7 заканчивается. полный цикл работы.ин4 ь вертора, в течение которого в нагрузке сформировалось два полных периода выходного тока.

Мощность в нагрузке определяется величиной интервалов времени с с4 Разряда о ут рующих конденсаторов 11 и 12 через цепь нагрузки 35.

Изменяя время, задержки включения тиристоров 5 и 9 относительно 3 и 7 и тиристоров 6 и 10 относительно 4 и 8, можно регулировать мощность в нагрузке от номинального значения до нуля, когда тиристоры 3, 7 и 5, 9; 4, 5 и

6, 10 включаются одновременно.

Выходное напряжение инвертора определяется суммой выходных напряжений каждой :иэ ячеек, так как последовательное соединение ячеек по выходному переменному току. увеличивает волновое сопротивление контура переменного тока в число раз равное числу ячеек при неизменной величине выходного тока, что позволяет подключить к инвертору нагрузку с сопротивлением в такое же число раэ большим, чем номинальное сопротивление нагрузки одной ячейки и умножить тем самым выходное напряжение инвертора.

Выбирая число последовательно соединенных ячеек llO заданному сопротивлению нагрузки, можно согласовать инвертор с нагрузкой без дополнительных согласующих устройств и повысить КПД.

В данном инверторе можно изменить направление тока в нагрузке 35, включая с опережением тиристоры катодной группы мостов по отношению к тиристорам анодной группы, например тиристо ры 6 и 10 по отношению к тиристорам

4 и 8 (фиг. 2 а). При этом импульс тока нагрузки замыкается в контуре тиристор 6 — дроссель 32 - диод 28 " нагрузка 35 - полуообмотка 25 - тиристор 10 - дроссель 34 — диод 30 - по- . луобмотка 23 - тиристор 6, протекая через нагрузку в направлении противоположном, указанному на фиг. 1 стрел" кой. Этот импульс тока показан пунк-. тирной линией на фиг. 2 а.

Изменяя очередность предварительного включения тиристоров анодной группы 3-8 и катодной: группы 5, 6, 9 и 10 периодически с низкой частотой, можно сформировать в нагрузке кривую тока низкой частоты из полуволн тока номинальной частоты инвертора.

Использование данного инвертора позволяет создать источники питаний с широким диапазоном выходных напря7 936304 жений и регулирования выходной мощности, которые находят применение для питания индукционных электротермических установок, а также других потребителей тока повышенной частоты. s формула изобретения

Высоковольтный регулируемый инвер- 1О тор, содержащий подключенную ко входным выводам через дроссели фильтра ячейку, состоящую из тиристорного моста с параллельно включенными коммутирующим конденсатором и обмоткой автотрансформатора со средним выводом в диагонали переменного тока, причем параллельно мосту подключено две последовательные цепочки, состоящие первая — из коммутирующего дрос- 2о . селя и разделительного конденсатора, а вторая - из двух диодно-дроссельных цепочек, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, он снабжен дополнительными идентичными ячейками, подключенными каждая через дополнительные фильтровые дроссели ко входным выводам, причем средняя точка автотрансформатора каждой предыдущей ячейки соединена с общей точкой диодно-дроссельных цепочек последующей ячейки, а средняя точка обмотки автотрансформатора последней ячейки и общая точка диодно"дроссельных цепочек первой ячейки образуют выходные выводы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

N 714597, кл. H 02 M 7/515, 1977, 2. Авторское свидетельство СССР

Н 489186, кл. Н 02 И 7/515, 1973.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке N 2702735, кл. H 02 M 7/515, 1978.

4. Авторское свидетельство СССР

И 764065, кл. Н 02 M 7/515, 1978.

936304

1г

РиМ

Составитель И. Жеребина

Редактор И. Митровка Техред И. Рейвес . Корректор В. Синицкая

Заказ 4245/70 Тираж 721 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