ОДНОФАЗНЫЙ ИНВЕРТОР Российский патент 1994 года по МПК H02M7/519 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в городском электротранспорте, железнодорожном транспорте и в промышленности.

Известен однофазный инвертор, содержащий подключенные к входным выводам мост силовых управляемых вентилей и диодный мост обратного тока, трансформатор, первичная обмотка которого подключена к выводам переменного тока моста силовых управляемых вентилей, а два отвода первичной обмотки подключены к выводам переменного тока диодного моста обратного тока [1]. Первый полностью управляемый вентиль подключен анодом, а второй - катодом к входным выводам. Свободные силовые выводы полностью управляемых вентилей через управляемые вентили связи подключены к отводам первичной обмотки трансформатора.

Инвертор имеет повышенную сложность, что приводит к снижению надежности.

Известен однофазный инвертор, в котором вывод для подключения среднего вывода источника питания через первичную обмотку трансформатора связан со средним выводом коммутирующего дросселя и общей точкой конденсаторов, свободные выводы которых подключены к выводам для подключения крайних выводов источника питания. Выводы для подключения крайних выводов источника питания через управляемые вентили связаны со свободными выводами коммутирующего дросселя, а через диоды - с отводами первичной обмотки трансформатора [2].

Инвертор имеет пониженные массогабаритные показатели, значительные перенапряжения на вентилях. Возникающие колебательные процессы при коммутации приводят к искажению формы выходного напряжения, дополнительной загрузке элементов инвертора и снижению надежности.

Цель изобретения - улучшение массогабаритных показателей, снижение перенапряжений, улучшение формы выходного напряжения, повышение надежности, обеспечение возможности стабилизации напряжения на нагрузке при упрощении инвертора.

Сущность изобретения заключается в том, что, в отличие от известного однофазного инвертора, содержащего трансформатор с первичной обмоткой, два управляемых вентиля и два диода, к каждому выводу для подключения крайних выводов источника питания разноименными выводами подключены диод и управляемый вентиль, к выводу для подключения среднего вывода источника питания подсоединена первичная обмотка трансформатора, в предлагаемый инвертор введена дополнительная первичная обмотка и подсоединена к выводу для подключения среднего вывода источника питания. Свободные одноименные выводы диодов и управляемых вентилей попарно соединены со свободными выводами первичных обмоток. Управляемые вентили являются полностью управляемыми. Каждый из диодов зашунтирован конденсатором. Полностью управляемые вентили зашунтированы дополнительно введенными диодами. Последовательно с дополнительно введенными диодами включены дополнительно введенные резисторы.

Вторичная обмотка трансформатора выполнена со средним выводом. К крайним выводам обмотки одноименными силовыми электродами подсоединены вентили, противоположные силовые электроды которых объединены и образуют вывод для подключения нагрузки. Последовательно с конденсаторами включены резисторы и зашунтированы диодами.

Однофазный инвертор обеспечивает улучшение массогабаритных показателей, снижение перенапряжений, улучшение формы выходного напряжения. Уменьшение перенапряжений и исключение дополнительной загрузки вентилей повышает надежность инвертора. Может быть обеспечена стабилизация напряжения на нагрузке при колебаниях питающего напряжения.

На фиг. 1 приведен однофазный инвертор с источником питания, состоящим из двух источников постоянного напряжения; на фиг. 2 - то же, с источником питания, содержащим один источник постоянного напряжения и искусственной средней точкой, на фиг. 3 - инвертор, обеспечивающий стабилизацию напряжения на нагрузке.

Однофазный инвертор (см. фиг. 1) содержит трансформатор 1, общая точка первичных обмоток 2 и 3 которого соединена с выводом для подключения среднего вывода источника питания. Крайние выводы первичных обмоток 2 и 3 через полностью управляемые вентили 4, 5 и диоды 6, 7 связаны с выводами для подключения крайних выводов источника питания, образованного последовательно соединенными источниками постоянного напряжения 8 и 9.

Источник питания может содержать один источник постоянного напряжения 8. Искусственная средняя точка образована последовательно соединенными конденсаторами 10 и 11 (см. фиг. 2).

Для увеличения рабочего напряжения выключаемого тока и уменьшения потерь в полностью управляемых вентилях при коммутации каждый из диодов 6 и 7 зашунтирован конденсаторами 12 и 13 (см. фиг. 2).

Для уменьшения перенапряжений полностью управляемые вентили 4 и 5 зашунтированы встречно включенными диодами 14 и 15.

Для уменьшения загрузки по току диодов 14 и 15 в режиме рекуперации включены резисторы 16 и 17.

Для обеспечения стабилизации напряжения на нагрузке при колебаниях напряжения источника питания 8 последовательно с конденсаторами 12 и 13 включены диоды 18 и 19, зашунтированные резисторами 20 и 21. Вторичная обмотка 22 выполнена со средним выводом. К крайним выводам обмотки одноименными силовыми электродами подсоединены вентили 23 и 24, противоположные силовые электроды которых объединены и образуют вывод для подключения нагрузки 25, которая через дроссель 26 связана со средним выводом обмотки 22 (см. фиг. 3).

Однофазный инвертор работает следующим образом.

При открытом полностью управляемом вентиле 4 (см. фиг. 1) ток проходит по цепи 8-4-2-8. В соответствии с алгоритмом управления запирают полностью управляемый вентиль 4 и отпирают вентиль 5. При этом ток обмотки 2 проходит по цепи 2-9-6-2. Энергия, накопленная в индуктивности рассеяния обмотки 2, передается источнику постоянного напряжения 9. После возврата накопленной энергии в источник напряжения 9 начинает проходить ток по управляемому вентилю 5 и обмотке 3.

При открытом полностью управляемом вентиле 4 конденсатор 12 заряжен до напряжения источника питания 8, конденсатор 13 разряжен (см. фиг. 2). Ток проходит по цепи 10-4-2-10, а также по цепи 8-4-2-11-8. Конденсатор 10 разряжается, а конденсатор 11 заряжается. При запирании вентиля 4 ток проходит по цепи 2-11-12-2. Разряжается конденсатор 12, скорость уменьшения напряжения на конденсаторе 12 равна скорости нарастания напряжения на вентиле 4. Одновременно по цепи 10-13-3-10 происходит заряд конденсатора 13. После разряда конденсатора 12 ток проходит по цепи 2-11-6-2. Энергия, накопленная в индуктивности рассеяния обмотки 2, передается конденсатору 11. После появления потенциальных условий отпирается полностью управляемый вентиль 5.

После заряда конденсатора 13 до суммарного напряжения конденсатора 10 и обмотки 3 ток обмотки 3 замыкается через конденсатор 11, диод 15 и резистор 17, что исключает дальнейший рост напряжения на конденсаторе 13 и перенапряжения на элементах инвертора.

При открытом вентиле 4 ток проходит по цепи 10-4-2-10 и 8-4-2-11-8. После выключения полностью управляемого вентиля 4 энергия нагрузки передается в источник питания по цепи 2-11-6-2 и 2-10-8-6-2. Напряжения на обмотках 2 и 3 равны, поэтому ток происходит также по цепи 3-11-15-17-3. Ток ограничивается резистором 17, что позволяет использовать диоды 14 и 15 меньшей мощности.

При колебаниях напряжения источника питания 8 изменяется напряжение на нагрузке. Для стабилизации напряжения на нагрузке при колебаниях напряжения регулируют время открытого состояния вентилей 4 и 5 для поддержания постоянства вольт-секундной площадки. При минимальном напряжении питания вентили 4 и 5 открыты в течение 180 эл.град. При увеличении напряжения уменьшается время открытого состояния указанных вентилей.

При выключении, например, вентиля 4 конденсатор 13 заряжается до напряжения источника питания 8. После передачи накопленной в индуктивности рассеяния обмотки 2 энергии в конденсатор 11 напряжение на обмотках 2 и 3 уменьшается до нуля. Конденсатор 11 через разряженный конденсатор 12 оказывается подключенным к обмотке 2, а конденсатор 13 через конденсатор 10 подключен к обмотке 3. Возникает колебательный процесс, приводящий к искажению формы выходного напряжения, дополнительной загрузке элементов и снижению КПД.

Для оптимизации электромагнитных процессов при регулировании или стабилизации напряжения на нагрузке последовательно с конденсаторами 12 и 13 включены диоды 18 и 19, зашунтированные резисторами 20 и 21 (см. фиг. 3). Сопротивление резисторов 20 и 21 выбирается из условия, чтобы за время спада тока в первичной обмотке конденсаторы 12 и 13 заряжались до напряжения, которое равно или меньше напряжения на конденсаторах 10-11. При этом колебательные процессы не возникают.

Если к инвертору в качестве нагрузки 25 подключены, например, двигатель постоянного тока или аккумуляторная батарея, то с целью упрощения вторичная обмотка 22 выполнена со средним выводом. К крайним выводам обмотки подключены вентили 23 и 24. При открытом, например, полностью управляемом вентиле 4 ток нагрузки проходит по цепи 22-23-25-26-22. При запирании вентиля 4 энергия, накопленная в индуктивности рассеяния обмоток, возвращается в источник питания. Одновременно растет ток через вентиль 24. При равенстве тока вентилей 24 и 23 результирующая магнитодвижущая сила обмотки 22 равна нулю и энергия нагрузки не передается в источник питания.

Использование: в городском электротранспорте, железнодорожном транспорте и в промышленности. Сущность изобретения: устройство содержит тр-р с двумя первичными обмотками К каждому выводу для подключения крайних выводов источника питания разноименными выводами подключены диод, зашунтированный конденсатор и полностью управляемый вентиль. Свободные одноименные выводы диодов и вентилей попарно соединены со свободными выводами обмоток. Каждый полностью управляемый вентиль м.б. шунтирован цепочкой из последовательно соединенных диода и резистора. 4 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. ОДНОФАЗНЫЙ ИНВЕРТОР, содержащий трансформатор с первичной обмоткой, два управляемых вентиля и два диода, к каждому выводу для подключения крайних выводов источника питания разноименными выводами подключены диод и управляемый вентиль, к выводу для подключения среднего вывода источника питания подсоединена первичная обмотка трансформатора, отличающийся тем, что введена дополнительная первичная обмотка и подсоединена к выводу для подключения среднего вывода источника питания, свободные одноименные выводы диодов и управляемых вентилей попарно соединены со свободными выводами первичных обмоток, управляемые вентили являются полностью управляемыми. 2. Инвертор по п.1, отличающийся тем, что каждый из диодов зашунтирован цепью, включающей в себя конденсатор. 3. Инвертор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что полностью управляемые вентили зашунтированы дополнительными цепями, включающими в себя дополнительно введенные встречные диоды. 4. Инвертор по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что в упомянутые дополнительные цепи последовательно с дополнительно введенными диодами включены дополнительно введенные резисторы. 5. Инвертор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что вторичная обмотка трансформатора выполнена со средним выводом, к крайним выводам обмотки одноименными силовыми электродами подсоединены вентили, противоположные силовые электроды которых объединены и образуют вывод для подключения нагрузки, а в цепи, включающие в себя конденсаторы, последовательно включены введенные резисторы, зашунтированные диодами.