Последовательный инвертор

Последовательный инвертор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

В. В. Шипицын, В. С. Ухов, В. И. Лузгин, А. А. Новиков, С 10 К К В В В Н Г (72) Авторы (54). ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ ИНВЕРТОР

Изобретение относится к преобразовательной технике с применением полупроводниковых вентилей и предназначено для необратимого преобразования энергии постоянного тока на входе в энергию переменного тэка высокой частоты на выходе.

Устройство может найти применение для питания током высокой частоты однофазной переменной нагрузки, например, индукционной нагревательной установки или магнитострикционных преобразователей.

Известны схемы последовательных инверторов, содержащие два или,более тиристорых моста с компенсирующим конденсатором и дросселем в диагоналях переменного тока, подключенные через дроссели фильтра к источнику питания, причем в вентильных мостах параллельно тиристорам подключены обратные диоды Г1)- L5j .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является последовательный инвертор, содержащий два вентильных инвертирующих моста с коммутирующим конденсатором и дросселями. Тиристоры мостов samyHтированы встречно-параллельными вентилями. Аноды тиристоров каждого моста связаны через дроссели с выводом фильтрового конденсатора и с положительным зажимом источника питания, а катоды тиристоров мостов

10 соединены с крайними выводами двух .последовательно соединенных компенсирующих конденсатора, общая точка которых соединена с противоположным выводом фильтрового конденсатора. Ин15 вертор. содержит также активно-индуктивную нагрузку (индуктор), подключен. ную к выходным зажимам (к крайним выводам компенсирующих конденсато20 ров). Нагрузка (индуктор) связана через фильтровой дроссель с отрицательным зажимом источника. питания (51

Недостатком известных схем является ограниченный диапазон выход3 8861 ной частоты и напряжения параллельных вентилей.

Цель изобретения — увеличение частоты и выходного напряжения инвертора.

Для достижения поставленной цели инвертор снабжен двумя дополнительными идентичными тиристорными мостами, двумя дополнительными компенсирующими и фильтровыми конденсатора- Ie, ми, и дросселями, а также двумя нелинейными дросселями и дополнительными вентилями, причем анодные группы тиристоров дополнительных мостов соединены с выводами соответствующих до-

15 полнительных фильтровых конденсаторов и через дополнительные фильтровые дроссели подключены к положительному входному выводу, а противоположные выводы дополнительных фильтровых конденсаторов соединены с катодами тиристоров основных мостов и через дополнительные компенсирующие конденсаторы — с катодами тиристоров соответствующих дополнительных мостов, образуя выходные выводы инвертора,. связанные через цепи из упомянутых нели-. нейного дросселя и вентиля с выводами фильтрового конденсатора и через дроссели фильтра †. с положительнь)м входным выводом, а крайние и промежу3О точные выводы компенсирующих конденсаторов через фильтровые дроссели соединены с отри2 ательным входным выводом, при этом вторичные обмотки дополнительных коммутирующих дросселей в двух парах основных и дополнительных тиристорных мостов соединены в две последовательные цепи и через вентили подключены к выходным выводам

На фиг, I приведена схема последа" вательного иивертора; на фиг. 2— то же, вариант.

Схема включает тиристорные инвертирующие мосты 1-4, тиристоры 5-20, коммутирующие конденсаторы 2)-24, коммутирующие дроссели (первичные. обмотки) 25-40, вторичные обмотки

41-5б.коммутирующих дросселей, фильт.ровые конденсаторы 57-59, компенсирующие конденсаторы 60-63, вентили

64-69, нелинейные дроссели 70 и 71 активно-индуктивную нагрузку (индуктор) 72, фильтровые дроссели 73-80.

Инвертор состоит из четырех тирис" 55 торных инвертирующих мостов 1-4, выполненных на тиристорах:5-20, содержащих коммутирующие конденсаторы

72 4

)2)-24 в диагоналях переменного тока.

В мостах последовательно с тиристорами включены коммутирующие дроссели

25-40, имеющие вторичные обмотки 4156. Аноды тиристоров 9 и 10, 13 и 14 мостов 2 и 3 соединены с выводом фильтрового конденсатора 58 и через дроссель 74 с положительным зажимом источника питания. Катоды тиристоров ll и 12 моста 2 и катоды тиристоров 15 и )6 моста 3 соединены с выводами последовательно соединенных компенсирующих конденсаторов 61 и 62, общая точка которых соединена с противоположным выводом конденсатора 58. Аноды тиристоров 5 и 6 моста I, 17 и 18 моста 4 соединены соответственно с выводами дополнительных фильтровых конденсаторов 57 и 59, и через фильтровые дроссели 73 и 75 с положительным выводом источника питания.

Противоположные выводы конденсаторов

57 и 59 связаны соответственно с катодами тиристоров 11 и 12 моста.2, 15 и 16 моста 3, и через соответствующие дополнительные компенсирующие конденсаторы 60 и 63 соединены с катодами тиристоров 7 и 8 моста 1, 19 и 20 моста 4, образуя выходные выводы инвертора, к которым подключены активно-индуктивная нагрузка 72.

Выходные выводы через цепи соответственно из вентиля 64 н нелинейного дросселя 70, нэ вентиля 69 и нелинейного дросселя 71 соединены с выводом конденсатора 58,и через дроссель 74 с положительным выводом источника питания. Все выводы компенсирующих кон,денсаторов 60-63 через фильтровые дроссели 76-80 соединены с отрица,тельным источником питания. Вторич" ные обмотки 41-56 индуктивно связаны с соответствующими коммутирующими дросселями 25-40. В мостах 1 и 2 вторичные обмотки включены накрест, соединены последовательно, образуя цепи 41-44-45-48 и 42-43-46-47, которые через .вентили 65 и 66 подключены к выходному выводу мостов 3 и 4. В мостах 3 н 4 вторичные обмотки также включены накрест и соединены последовательно, образуя две цепи 53-56-49-52 и 54-55-50-.51, которые через вентили 67 и 68 подключены к выходному, выводу мостов I и 2. Другие концы всех цепей вторичных обмоток

l подключены к выводу фильтрового конденсаора 58, связанного через дрос172 6 нагрузке (при номинальном сопротивлении нагрузки).

При снижении сопротивления нагруз» ки ниже номинальной величины в вентильных инвертирующих мостах возникают опасные перенапряжения. Ограничение возможных перенапряжений дос тигается с помощью цепей с вторичны ми обмотками для возврата избыточной реактивной энергии из коммутирующих дросселей в источнике питания, на фильтровой конденсатор 58. Как только суммарное напряжение на вторичных обмотках, например 41, 44, 45 и 48 превысит величину напряжения на конденсаторе.58, сразу включается вен-. тиль этой цепи (в данном случае вентиль 66), и через него потечет импульс тока по элементам 41-58-62-63-6648-45-44-4!. Через компенсйрующйе . конденсаторы 62 и 63 этот импульс тока совпадает по направлению с основным током через конденсаторы 60 и

6l от мостов.1 и 2, выделяя в контуре нагрузки дополнительную полезную мощность, что увеличивает КПД инвер- тора. Благодаря ограничению напряже ния на коммутирующих дросселях (на первичной и вторичной обмотках) в вентильных мостах нет перенапряжений. .Инвертор может устойчиво работать при коротком замыкании нагрузки. В зависимости от очередности работы групп тиристоров в инверторе поочередно работают 4 группы цепей обратного тока. При этом поочередно-пропускают ток вентили 66-68-65-67"66 и т.д. Дополнительная полезная мощность поочередно выделяется то в конденсаторах 62 и 63,- то в конденсаторах 60 и 61, в зависимости от работающих мостов.

Чтобы исключить резкое снижение времени для восстановления управляемости тиристоров и предотвратить срыв процесса инвертирования при возрастании сопротивления нагрузки сверх номинальной величины, в инверторе имеются цепи для ограниче-.. ния амплитуды выходного напряжения на рекомендуемом уровне, что составляет в расчете на один компенсирующий конденсатор (выходное напряжение в цепи одного контура тока). величину примерно 0,6-0,7 от напряжения источника питания. Как только суммарное амплитудное напряжение на конденсаторах 60 и 61 или иа конденсаторах

62 и 63 достигает величины напряже40

5 886 сель 74 с положительным выводом источника литания.

Элементы 2,3,9 — 16,22,23,58,61, 62,72,74, а также коммутирующие дроссели имеются в известном последова5 тельном инверторе.

Предлагаемый инвертор работает следующим образом.

Фильтровые конденсаторы 57-59 заряжаются от источника питания через 10 фильтровые дроссели 73-80. Тиристоры мостов 1 и 2 и мостов 3 и 4 включаются группами поочередно, при этом в контурах инвертора и через нагрузку протекают импульсы высокочастот- 13 ного тока. Так, при включении, например, тиристоров 5,8,9 и 12 импульсы высокочастотного тока протекают по цепям 57-5-25-21-28-8-60-57 и 58-9- 9-22-32-12-61.— 58.Ïðè этом на компен- сирующих конденсаторах 60 и 61 появляется напряжение, и в колебательном.контуре протекает ток по цепи

60-72-63-62-61-60.Режим тока в конту" ре инвертора колебательный. Через нагрузку 72 импульс тока протекает слева направо. После окончания импульса тока включаются очередные тиристоры 13,16,17 и 20 противофазных мостов. При этом импульсы тока протекают по цепям 58-13-33-23-36-16-6258 и 59- 17-37-24-40-20-63-59. Колебательный нагрузочный контур вновь получает подпитку импульсом тока мостов через компенсирующие конденсаторы

63 и 62. При этом ток в контуре нагру-З зки протекает по цепи 63-72-60-61-62-.

63. Через нагрузку 72 импульс тока протекает справа налево, т.е. в противоположную сторону. Затем включаются очередные тиристоры 6,7,10 и мостов 1 и 2, и токи в контурах протекают по цепям 57-6-26-21-27-7"

60-57 и 58-10-30-22-31-31-11-61-58.

При этом в контуре нагрузки ток протекает по цепи 63-72-60-61-62-63.

Через нагрузку 72 ток протекает справа налево, т.е. снова в обратную сторону. Затем включаются очередные тиристоры 5,8,9 и 12 мостов 1 и 2, и процессс повторяется аналогично описанному выше. Таким образом, при поочередном включении тиристоров мостов

l и 2 или 3 и 4 через контур.нагрузки протекают импульсы высокочастотного тока мостов, а в контуре нагрузки i3 протекает переменный высокочастотный ток. Описанные выше процессы протекают в инверторе при номинальной

886172 ния на Фильтровом конденсаторе 58, включаются соответственно вентили 64 или 69 цепей ограничения выходного напряжения. . Ток ограничения выходного напряже5 ния, в зависимости от работающих вен-, тильных мостов 1 и 2 или 3 и 4, протекает по цепям 60-64-70-58-61-60 или 63-69-71-58-62-63. Нелинейные, дроссели 70 и 71 в цепях необходимы !Е для увеличения уровня ограничения амплитуды выходного напряжения до

0,6-0,7 от напряжения источника питания. Без таких дросселей уровень ограничения напряжения равен 0,5 И (на один контур тока).

Таким образом, в предлагаемом инверторе достигается увеличение выходного напряжения в два раза по сравнению с известной схемой, которое щ определяется суммой напряжения на четырех последовательно соединенных компенсирующих конденсаторах 60-63 (в известной схеме лишь на двух ,конденсаторах). В инверторе улуч- . ° э5 . шены условия для восстановления управляемости тиристоров, что позволяет использовать его на более высокой частоте. Инвертор может питать переменную нагрузку, сопротивление которой может меняться от нуля (короткое замыкание) до бесконечности.

Предлагаемый последовательный инвертор без изменения сущности изобретения может иметь другое исполнение. Схема такого инвертора приведена Э5 на фиг. 2. В ней вместо трех примерно четыре фильтровых конденсатора, средняя фильтровая емкость выполнена разделенной на две части.

Улучшенные технические характерис™ тики расширяют область применения инвертора. Благодаря увеличенному выходному напряжению отпадает необходимость применять специальные повышающие выходные трансформаторы, что снижает капитальные затраты при использовании преобразователя. Например, выпускаемые промышленностью ин дукторы становится возможным непосредственно подключать к выходным клеммам йнвертора. Благодаря применению цепей для ограничения выходного напряжения на оптимальном уровне сохраняется работоспособность инвертора при перегрузках, что позволяет уве- 55 личить среднюю за цикл нагрева мощность инвертора и повысить произво,цительность установки. Повышение про лзводительности, возможности снижения капитальных затрат при,введении в эксплуатацию, а также упрощение эксплуатации создают экономический эффект.

Формула изобретения

Последовательный инвертор, состоящий из двух тиристорных мостов с коммутирующим конденсатором и дросселем в диагоналях переменного тока, анодные группы которых подключены к одному из выводов конденсатора фильтра и источника питания, а катодные группы — к крайним выводам двух последовательно соединенных компенсирующих конденсаторов, общая точка которых соединена с противоположным выводом конденсатора фильтра, причем последовательно с каждым из тиристоров в мостах включены первичные обмотки дополнительных коммутирующих дросселей, причем вторичные обмотки дросселей, включенных в синфазные плечи мостов соединены попарно последовательно и подключены через венти" ли к одному из выводов конденсаторов фильтра, связанного с положительным входным выводом, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения вы" ходкого напряжения и частоты, он снаб жен двумя дополнительными иден— тичными тиристорными мостами двумя дополнительными компенсирующими и Фильтровыми конденсаторами, и дросселями, а также двумя нелинейными дросселями и дополнительными вентилями, причем анодные группы тиристоров дополнительных мостов соединены с выводами соответствующих дополнительных фильтровых конденсаторов и через. дополнительные фильтровые дроссели подключены к положительному входному выводу, а противоположные выводы дополнительных фильтровых конденсаторов соединены с катодами тиристоров основных мостов и через дбполнительные компенсирующие конденсаторы — с катодами тиристоров соответствующих дополнительных мостов, образуя выходные. выводы, связанные через цепи из упомянутых нели" нейного дросселя и вентиля с выводами фильтрового конденсатора и через дроссель фильтра — с положительным входным выводом, а крайние и промежуточные выводы компенсирующих кон886172 10

2. Авторское свидетельство СССР

ы- 613466, кл. Н 02 М 7/51107.08.72. денсаторов через фильтровые дроссели соединены с отрицательным входным в

1 водом, при этом упомянутые вторичные обмотки в двух парах основных и до-. полнительных тиристорных мостов соединены в две последовательные цепи и через вентили подключены к выходным выводам

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР

11 - 535695, кл. Н 02 М 7/515, 31.08.73.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке Ф 2764820, кл. Н 02 М 7/515, 1979.

4. Авторское свидетельство СССР по заявка II 2736532

10 кл. Н 02 М 7/515, 1979.

5. Авторское свидетельство СССР

9 425283, кл. Н 02 М 7/515, 27.12.71.

886172

Составитель Г. Вотчинцев

Техред И,Асталош Корректор Г. РешетникРедактор Е. Папп

Подписное

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

Заказ. 10555/74 Тираж 733

ВНИИПИ Государственного комитета СССР па делам изобретений и открытий

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