Последовательный автономный инвертор

Последовательный автономный инвертор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (i i $77? 49

Ф. т. Ф. г (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) .Заявлено 05.07.79 (21) 2791044/24-07 с присоединением заявки № —.

Ю (23) Приоритет— (5!) М. Кл.а

Н 02 М 7/515

Гооударстеенный комитет (53) УДК 621.314..572 (088.8) Опубликовано 30.10.81. Бюллетень № 40 ло делам, нэобретеннй и открытий

Дата опубликования описания 05.11.81 (72) Авторы изобретения

В. В. Шипицын, В. И. Лузгин, А. А. Новико

А. В; Абрамов, .Д. В. Чуркин и В. А

Уральский -ордена Трудового Красного Зн политехнический институт им. С. М. Кир (7l) Заявитель (54) ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР!

Изобретение относится к преобразова- . тельной технике и может быть использовано для питания индукционных нагревательных установок, а такЖе для ультразвуковых технологических установок.

Известен мостовой последовательный йнвертор с включением нагрузки внутри вентильного моста, в котором за счет колеба- тельного режима существенно снижаются скорости нарастания и спада тока управляемых вентилей и тем самым снижаются коммутационные потери, а за счет введения пауз между моментом окончания тока в проводя-щих вентилях и моментом отпирания очередных вентилей увеличивается время, предоставляемое для восстановления управляемости прямых вентилей (1).

Однако при снижении сопротивления нагрузки резко возрастает напряжение на вентилях, достигая 8 †10-кратного значения по сравнению с оитающим напряжением, а при увеличении сопротивления нагрузки резко снижается время, предоставляемое. для восстановления управляемости прямых 20 вентилей.

Наиболее близким к предлагаемому является последовательный автономный инвер2 тор, содержащий два вентильных моста с коммутирующими конденсаторами в диаго- налях переменного тока и с коммутирующими дросселями, связанных через компен.сирующие конденсаторы с фильтровым конденсатором и через фильтровые дроссели— со входными выводами (2).

В таком ииверторе при увеличении со-, противления нагрузки время, предоставляе- мое для восстановления управляемости, мо- жет резко падать, причем восстановление уп- равляемости прямых вентилей происходит при малом обратном напряжении, равном. прямому падению напряжения на встречных вентилях. Это затрудняет процесс восстанов-, ления управляемости и увеличивает его.длительность. Поэтому верхний предел частот ограничен, а допустимые пределы изменения сопротивления нагрузки уменьшаются.

Цель изобретения — расширение диапазонов изменения частоты и нагрузки..

Поставленная цель достигается тем, что последовательный автономный инвертор, содержащий два вентильных моста с коммутирующими конденсаторами в диагоналях переменного тока и с коммутирующими дросселями, связанных через компенсирующие

877749

1О

55 конденсаторы с фильтровым конденсатором и через фильтровые дроссели — со входными выводами, снабжен трансформатором, дополнительными обратными и рекуперативными вентилями, а также датчиком тока рекуперативных вентилей, датчиком состояния нагрузки, задающим генератором и распределителем импульсов, причем каждый из коммутирующих дросселей включен последовательно с соответствующим вентилем одного из указанных мостов и снабжен вторичной обмоткой, причем вторичные обмотки дросселей противоположных плеч каждого моста соеди нен ы последовательно и через соответствующий дополнительный обратный вентиль подключены к общей точке соединения компенсирующего конденсатора с другим вентильным мостом, повышающие отводы первичной обмотки трансформатора через соответствующие дополнительные рекуперативные вентили соединены с обшей точкой мостов, датчик тока рекуперации включен в цепи рекуперативных вентилей, датчик контроля нагрузки — в выходную цепь, причем выходы обоих датчиков подключены к соответствуюшим входам задаюшего генератора, выход которого через распределитель импульсов связан с управляющими переходами вентилей мостов.

На чертеже приведена схема предлагаемого инвертора, Инвертор содержит вентильные мосты

1 — 8 с тиристорами, дополнительные вентили 9 — 12, причем вентильные мосты снабжены коммутирующими конденсаторами 13, l4, включенными в диагоналях мостов, коммутирующими дросселями 15 — 22, включен. ными в анодные цепи прямых вентилей 1 — 8 и имеющими вторичные обмотки 23 — 30, причем эти вторичные обмотки каждых двух синфазных коммутирующих дросселей включены последовательно между собой и полученные цепи одними выводами подсоединены к точке соединения фильтрового конденсатора 3! и фильтрового дросселя 32. Дроссели 32, 33 служат для связи фильтрового конденсатора 31 со входными выводами.

Дополнительные вентили 34, 35 рекуперации излишней электромагнитной энергии из нагрузки в питающую сеть, которые могут быть как неуправляемыми, так и управляемыми, одними выводами подключены к точке соединения фильтрового конденсатора 31 и фильтрового дросселя 33, соединенного с отрицательным полюсом источника питания, а вторыми выводами с крайними выводами первичных обмоток 36, 37 выходного трансформатора, имеющего вторичную обмотку 38.

К промежуточным отводам первичной обмотки подсоединены компенсирующие конденсаторы 39, 40, ко вторичной обмотке 38— нагрузка 41. В цепи вентилей 34, 35 включен датчик 42 тока,.в цепи нагрузки 41 — датчик 43 контроля нагрузки. Датчики связаны с задающим генератором 44 и распределителем 45.

Инвертор работает следукнцим образом.

При отпирании прямых вентилей I, 4 инвертора ток протекает по контуру: 31 --36 и 39 †15 ††13 †18 — 31. При этом происходит перезаряд коммутирующего конденсатора 13. Напряжение на коммутирующих дросселях 15, 18 изменяет знак и, когда величина этого напряжения превысит сумму напряжений источника питания и напряжения части первичной обмотки 37 выходного трансформатора, открывается встречный вентиль 9. Через обмотку 37 протекает ток вторичных обмоток 23, 26 по контуру: 26—

23 — 9 — 37 и 40 — 31 — 26, который на обмотке 37 трансформатора обеспечивает ту же полярность напряжения, что и ток, протекавший до этого по обмотке 36. На этом заканчивается формирование первого полупериода выходного напряжения на нагруз.ке 41.

Затем отпираются вентили 5, 8 противофазного вентильного моста и ток протекает по контуру:31 — 37 и 40 в 19 †5 14 †8 †.22—

31. При этом происходит перезаряд коммутирующего конденсатора 14 и напряжение на коммутирующих дросселях 19, 22 меняет знак. Когда величина этого напряжения превысит сумму напряжений источника питания и напряжения на части первичной обмотки 36 выходного трансформатора, открывается встречный вентиль I l. Через обмотку 36 протекает ток вторичных обмоток 27, 30 по контуру: 30 — 27 — 11 — 36 и 29 — 31 — 30, который на обмотке трансформатора 36 обеспечивает ту же полярность напряжения, что и ток, протекавший до этого по обмотке 37. На этом заканчивается второй полупериод выходного напряжения на нагрузке 41.

Для формирования третьего полупериода выходного напряжения отпираются вентили 2, 3 и ток вначале протекает по контуру

3l — 36 и 39 в 16 — 2 — 13 — 3 — 17 — 31, а затем по контуру: 25 — 24 — 10 — 37 и 40 — 31 — 25; для формирования четвертого полупериода выходного напряжения отпираются вентили 6, 7 и ток вначале протекает по контуру:

31 — 37 и 40 — 20 — 6 — 14 — 7 — 21 — 31, а затем по контуру: 29 †28 12 — 36 и 39 — 31 -29.

После этого процессы повторяются.

При работе с номинальным сопротивлением нагрузки для обеспечения достаточного обратного напряжения на вентилях 1--8 инвертора отпайки первичных обмоток 36. 37 трансформатора выбираются таким образом, чтобы вентили 34, 35 рекуперации были закрыты питающим напряжением. В этом случае частота подачи управляюших импульсов вентилей инвертора, задаваемая генератором 44, корректируется датчиком 43 контроля состояния нагрузки 41 таким образом, чтобы обеспечивать оптимальный режим инвертора. Если инвертор работает на нагруз877749 ку, представляющую собой зашунтипованный компенсирующей емкостью индуктор, то в качестве датчика 43 может быть использован датчик угла сдвига между первыми гармониками тока и напряжения на нагрузке. В этом случае датчик 43 корректирует частоту генератора 44 таким образом, чтобы поддерживать минимальный угол сдвига.

Если инвертор работает на нагрузку, представляющую собой магнитосгрикционный или пьезокерамический преобразователь электрических колебаний в механические, то в качестве датчика 43 может быть использован датчик акустической обратной связи или комбинированный датчик угла и акустической обратной связи, В этом случае датчик 43 корректирует частоту генератора 44 таким образом, чтобы поддерживать максимально возможную амплитуду механи"Чески х колебаний.

При возрастании сопротивления нагрузки выше номинального напряжение на нагрузке возрастает. что приводит к снижению обратного напряжения на вентилях 1 — 8.

Через диоды 34, 35 начинает протекать ток, при этом датчик 42 тока рекуперацчи кор.ректирует частоту задающего генератора таким образом, чтобы уменьшить напряжение на нагрузочном трансформаторе и тем самым предотвратить снижение обратного напряжения на вентилях инвертора 1 — 8.

Таким образом, инвертор способен работать в широком диапазоне изменения эквивалентного сопротивления нагрузочного контура в пределе от 0 до холостого хода.

За счет увеличения обратного напряжения на прямых вентилях инвертора обеспечивается ускорение процесса восстановления уп.равляемости вентилей н тем самым расширяется частотный диапазон схемы. 3а счет питания противофазных мостов инвертора от одного фильтрового конденсатора обеспечивается меньший уровень гармонических составляющих в токе питающей сети, что позволяет снизить габариты и стоимость фильтра. Включение коммутирующих дросселей в анодные цепи вентилей позволяет уменьшить предельное напряжение на вентилях инвертора, так как при включении противофазной группы вентилей напряжение на выключенных вентилях определяется разностью напряжений на коммутирующем кон- денсаторе и на половине коммутирующего дросселя. Все это позволяет получить высокую надежность работы инвертора, выполненного по предлагаемой схеме, и обеспечить улучшение массогабаритных показа5 телей на 10 — 150/о.

Формула изобретения

Последовательный автономный инвертор, 1О . содержащий два вентильных моста с коммутирующими конденсаторами в диагоналях переменного тока и с коммутирующимн дросселями, связанных через компенсирующие конденсаторы с фильтровым конденса. тором и через фильтровые дроссели — со входными выводами, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазонов изменения частоты и нагрузки, он снабжен трансформатором, дополнительными обратными и рекуперативными вентилями, а также датчиком тока рекуперативных вентилей, датчиком состояния нагрузки, задающим генератором и распределителем импульсов, причем каждый из коммутирующих дросселей включен последовательно с соответствующим вентилем одного из укаэанных мосг5 тов и снабжен вторичной обмоткой, причем вторичные обмотки дросселей. противоположных плеч каждого моста соединены последовательно и через соответствующий дополнительный обратный вентиль подключены к общей точке соединения компенсирующего конденсатора с другим вентильным мостом, повышающие отводы первичной обмотки трансформатора через соответствующие дополнительные рекуперативные вентили соединены с общей точкой мостов, датчик тока рекуперации включен в цепи рекуперативных вентилей, датчик контроля нагрузки— в выходную цепь, причем выходы обоих датчиков подключены к, соответствующим входам задающего генератора, выход которого через распределитель импульсов свя4р зан с управляющими переходами вентилей м остов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Беркович В. И. и др. Тиристорные преобразователи высокой частоты, М., «Энергия», 1973, с. 46, рис. 3 — 1ба.

2. Авторское свидетельство СССР № 425283, кл. Н 02 М 5/42, 1971.

877749

Составитель А. Сытин

Редактор С. Тараненко Бехрад А. Бойкас Корректор О. Билак

Заказ 9638/84 Тираж 733 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 I 3035, Москва, Ж вЂ” 35, . Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4