Инвертор

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ii) 966831 (61) Дополнительное к авт. свил-ву— (22)3aявлеие 04.03.81 (21) 3253903/24-07. с присоединением заявки М (23) Приоритет (51)A%. Кл.

Н 02 М 7/515

3Ъеударствсииый комитет

СССР

IIo делам иэо4ретеиий и открытий (53) УД К621.314.

572 (088 8) Опубликовано 15.10.82. Бюллетень М 38

Дата опубликования описания 15.10.82

""1.О)@3Ир Е

Ю. Д. Новиков и Ю. В. Бабин

) "., чЛ ГЕИ1 чл.

; g p jI <.1 Я ;. ;; <

3 t

Харьковский ордена Ленина политехнический институт им. В. И. Ленина (72) Авторы изобретения (7I ) Заявитель (54) ИНВЕРТОР

1

Изобретение относится к области полупроводниковой преобразовательной техники и может быть использовано для получения синусоидальных напряжений в системах электропитания и электропривода.

Известен преобразователь на базе полумостового инвертора, содержащий силовые тиристоры, трансформатор, первичные полуобмотки которого имеют отпайки, связанные с обратными диодами, коммутирующий конденсатор и коммутирующий дроссель. Данный преобразователь прост в исполнении и надежен f1 ).

Однако преобразователь не позволяет получить достаточно высокое качество формы кривой выходного напряжения. При его использовании в частотно-регулируемом асинхронном электроприводе несинусоидальность выходного напряжения вызывает большие дополнительные потери в двигателе и затрудняет регулирование частоты вращения в области низких частот (0,5-5 Гц) из-за наличия пульсаций электромагнитного момента двигателя.

Известен также преобразователь, содержащий основные силовые тиристоры, трансформатор с нулевой точкой, две пепвичные полуобмотки которого имеют отпайки, к которым подключены аноды дополнительных тиристоров, катоды которых подключены к отпайкам сглаживающего дросселя. Данный преобразователь позволяет получить на выходе ступенчатую кривую напряжения. Это достигается тем, что дополнительная пара тиристоров соединяет по одной отпайке каждой первичной обмотки трансформатора, расположенной симметрично относительно нулевой точки, с отпайкой обмотки дросселя (2 1.

Однако введение одной дополнительной пары тирисгоров не позволяет получить выходное напряжение, близкое к синусои дальному. Для улучшения гармонического состава выходного напряжения преобразователь должен иметь большое количество дополнительных тиристоров, а также трансформатор и дроссель со множеством отпаек. Такое введение дополнительных элементов отрицательно сказывается на его надежности, усложняет силовую схему и систему управления.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому эффекту является инвертор, содержащий выходной трансформатор с двумя симметричными согласно включенными полуобмотками, одни концы которых соединены с положительным входным выводом, а другие †. через отсекающие диоды подключе-. ны к анодам силовых тиристоров, соеди- ненным между собой через коммутирую- щий конденсатор, причем катоды указанных тиристоров через коммутирующий дроссель 1 соединены с отрице1тельным входным выводом, а также возвратные диоды и выходной фильтр. Выходной фильтр в инверторе выполнен Г-образным, резонансйым, основным элементом которого является последовательное звеыо, С, настроенное на первую гармонику. Вторым элементом фильтра является параллельный контур, имеющий большое сопротивление для основной гармоники и малое сопротивление для более высоких гармоник. Управление данным преобразователем осуществляется методом широтно-импульсной модуляций (ШИМ). Данный преобразрватель обеспечивает получение на нагрузке напряжения синусоидальной формы (3 j. . Однако наличие резонансного фильтра ограничйвает применение преобразователя для питания потребителей, работающих в широком частотном диапазоне, так как при отклонении частоты выходного напря- З жения or 50 Гц происходит нарушение резонанса, на который настроены контуры фильтра. Это приводит к резкому ухудшению гармонического состава выходного . напряжения и увеличению. коэффициента нелинейных искажений. Кроме того, наличие фильтра ухудшает массогабаритные показатели преобразователя.

Цель изобретения — обеспечение работы преобразователя в широком диапазоне выходных частот и улучшение массогабаритных показателей устройства ., Для достижения поставленной цели в инверторе выходной фильтр выполнен в . виде высокочастотного трансформатора с 5О двумя симметричными обмотками, подклю-" ченными одними разноименными концами к анодам отсекающих диодов, а другими концами к полуобмоткам выходного трансформатора, шунтированным конденсатором N фильтра.

Инвертор позволяет получить на нагруз ке напряжение.в широком диапазоне частот, 3 966831 4 так как по сравнению с известным устройcrBoM в нем отсутствует резонансный фильтр, настроенный на частоту 50 Гц.

Фильтр, состоящий из трансформатора, шунтированного конденсатором, не оказывает сопротивления току высокой частоты, и преобразователь в течение каждого периода несущей частоты ШИМ работает как обычный полумостовой инвертор.

Исключение выходного фильтра, масса которого обычно составляет 30-35 массы всего преобразователя, позволяет улучшить массогабаритные показатели по срав-. нению с известным устройством. Так как выбор фильтрового дросселя проводится для частоты 50 Гц, а дополнительного трансформатора данного преобразователя для несущей частоты ШИМ, которая обычно в 10-12 раз больше максимальной выходной частоты, то по расчетным данным масса трансформатора, примерно s 5 раз меньше массы дросселя. Что касается основного трансформатора, то он идентичен по массе и габаритам дополнительному трансформатору, ибо оба они рассчитываются на выходную частоту.

На чертеже представлена схема инвертора ..

Инвертор содержит высокочастотный трансформатор с двумя. симметричными, согласно включенными обмотками 1 и 2 имеющими сильную магнитную связь. К началу обмотки 1 подключен через возвратный диод 3 анод силового тиристора

4; а к концу обмотки 2 через возвоатньта диод 5 анод силового тиристора 6.,Межау анодами тиристоров 4 и 6 включен коммутирующий конденсатор 7, а их катоды через коммутирующий дроссель 8 связаны с

"минусом" источника постоянного тока.

"Плюс" .источника постоянного тока оое-. динен со средней точкой выходного трансформатора, имеющего две симметричные согласно включенные полуобмотки 9 и 10, шунтированные конденсатором 11, емкость которого значительно больше емкости коммутирующего конденсатора 7. Начало полуобмотки 9 и конец полуобмотки 10 дополнительного трансформатора соединены с концом обмотки 1 и обмотки 2 высокочастотного трансформатора соответственно, имеющего отпайки, к которым подключены катоды возвратных диодов 12 и 13, аноды которых связаны с минусом" источника постоянного тока.. К вторичной обмотке

14 трансформатора подключена нагрузка.

Управление преобразователем осуществляется методом ШИМ. При этом на управляющие электроды тиристоров 4 и 6

966 подаются управляющие импульсы, длительносгь которых промодулирована по синусоидвльному закону.

Пусгь в начальный момент времени включен тиристор 4 и ток нагрузки проте кает по цепи: "плюс" источника постоянного тока — полуобмотки 9 и 10 трансформатора — конденсатор 11 — обмотка 1 высокочастотного трансформатора — возвратный диод 3 — гиристор 4 — дроссель 10

8 — "минус" источника постоянного тока.

Знаки ЭДС обмоток и полярности конденсатора показвнв на чертеже без скобок.

Напряжение на коммутирующем конденсаторе 7 имеет практически прямоуголь- З ную, форму и составляет 2U d, r ne Ud — . напряжение источника питания. Напряже ние на конденсаторе 11 возрастает на величину, пропорциональную току нагрузки и времени работы тиристора 4. Так как 20 постоянная времени заряда конденсатора

11 велика, увеличение напряжения происходит почти линейно.

При включении тиристора 6 в следую- щий момент времени тиристор 4. выключа-25 ется под действием обратного напряжения:. . коммутирующего конденсатора 7. Происходит перезаряд конденсатора 7 до напряжения -2 0d (полярность .указана на чертеже в скобках). Ток нагрузки протекает. )Е по цели: "плюс" источника постоянного тока — полуобмотки 10 и 9 дополнительmoro. трансформатора — конденсатор 11полуобмотка 2 основного трансформатора отсекающий диод 5 — тиристор 6 — дроссель 8 — "минус источника постоянного тока. Знаки ЭДС полуобмоток и полярность конденсатора для этого:интервала времени показана на чертеже в скобках. При этом происходит разряд конденсатора 11 с той 4в же постоянной времени. Напряжение на конденсаторе 11 уменьшается практически линейно, не изменяя полярности, TBK KBK время работы тиристора 6 мейьше.чем время работы тиристора 4. 45

Таким образом, до тех пор, пока время. работы тиристора 6 превышает время работы тиристорв 4, напряжение на конденсаторе 11 (следоввтельно, и на нагрузке) увеличивается, Затем при изменении соотношения между интервалами проводимости

831 4 тиристоров 4 и 6 напряжений HB конденсаторе 11 уменьшается. Таким образом, происходит формирование сначала положительной, а затем отрицательной полуволн выходного напряжения.

Предлагаемый преобразователь по срав нению с базовым позволяет обеспечить . регулирование выходного напряжения в диапазоне частот 0,5-100 Гц. Кроме того, преобразователь имеет массу и габариты на 15-20% меньше, чем у базового объекта.

Ф ормула изобретения

Инвертор, содержащий выходной трансформатор с двумя симметричными согласно включенными полуобмотками, одни кон цы которых соединены с положительным входным выводом, а другие через отсе-, кающие диоды подключены к анодам силовых тиристоров, соединенным между собой через коммутирующий конденсатор, причем катоды указанных тиристоров через коммутируюцщй дроссель соединены с отрицательным входным выводом, а также возвратные диоды и выходной фильтр, отличающийся,тем, что,сцелью обеспечения работы в широком диапазоне выходных частот и улучшения массогабаритных показателей, выходной фильтр выполнен в виде высокочастотного трансформатора с двумя симметричными обмотками, подключенными одними разноименными концами к анодам отсекаюших диодов, а другими концами — к полуобмоткам выходного трансформатора, шунтироввнным конденсатором фильтра.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Бедфорд Б.. и др. Теория автономных инверторов. М., Энергия, 1969, с. 118.

2. Авч орское свидетежатво СССР № 612365, кл. Н 02 М 7/515, 1978.

3. Разработка и исследование преобразователя для питания сигнализаторов защиты газотурбинных агрегатов. Отчет

М 76021614, Харьковский политехнический институт, 1977.

966831

Составитель И. Жеребина

Редактор О. Колесникова Техред И. Гайду Корректор 10. Макаренко.

Заказ 7896/73 Тираж 721 П одлисное

ВЙИИПИ 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