АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР Российский патент 1997 года по МПК H02M7/523 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при построении тиристорных источников вторичного питания средней и большой мощности, в том числе и инверторных источников питания для дуговой электросварки, применительно к которым этот инвертор и был разработан.

Известны схемы однофазных автономных инверторов напряжения с трансформаторным выходом, в которых возможно фазовое регулирование выходного напряжения, дающее в итоге форму выходного напряжения как при широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Эти инверторы могут быть выполнены на тиристорах по мостовой схеме Чванов В.А. Розанов Ю.К. Автономные инверторы со стабилизированными параметрами. Итоги науки и техники, серия: Силовая преобразовательная техника. М. ВИНИТИ, 1984, том 3, с. 18) с узлами искусственной коммутации, содержащими дополнительные тиристоры (рис. 17) или без них (рис. 18,б).

Однако общим недостатком этих схем является сложность схемы, содержащей не менее четырех тиристоров.

Известны также автономные инверторы, выполненные по нулевым схемам, (Бедфорд Б. Хофт Р. Теория автономных инверторов. М. Энергия, 1969, с. 197, рис.6 17,б), причем узлы коммутации на схеме не показаны.

Однако недостатком и этой схемы является сложность (не менее четырех тиристоров).

Кроме того, известен автономный инвертор, принятый за прототип, (Чванов В. А. Розанов Ю.К. Автономные инверторы со стабилизированными параметрами. Итоги науки и техники, серия: Силовая преобразовательная техника. М. ВИНИТИ, 1984, том 3, с.12, рис. 12, б) с прямоугольным выходным напряжением при трансформаторном выходе, выполненный по простой (двухтиристорная) схеме, содержащей две инверторные ячейки, каждая из которых содержит встречно-параллельно включенные тиристор и диод и последовательный резонансный LC-контур, один конец первой ячейки, образованный соединением конденсатора с анодом тиристора и катодом диода подключен к выводу первичной обмотки выходного трансформатора, аналогичное соединение второй инверторной ячейки подключено ко второму выводу первичной обмотки выходного трансформатора, а средняя точка этой обмотки присоединена к плюсу источника питания, вторые концы инверторных ячеек, образованные соединением катодов тиристоров и анодов диодов, а также с дросселями контура, подключены к минусу источника питания, концы вторичной обмотки выходного трансформатора подключены к автономной нагрузке.

Однако указанный автономный инвертор имеет тот недостаток, что отсутствует возможность регулирования выходного напряжения инвертора методом фазового регулирования, т.е. получения формы напряжения, как при ШИМ, и невозможность сформировать необходимую внешнюю характеристику.

Задача изобретения создание такого автономного инвертора, который позволял бы получить широкий диапазон регулирования выходного напряжения и возможность сформировать любую внешнюю характеристику.

Это достигается тем, что в автономный инвертор, содержащий две инветорные ячейки, каждая из которых содержит встречно-параллельно включенные тиристор и диод и последовательный резонансный LC-контур. Кроме того, выходной трансформатор введены два последовательно соединенных разделительно-фильтрующих конденсатора, второй выходной трансформатор и два демпфирующих диода, при этом первичные обмотки трансформаторов соединены последовательно, их общая точка соединена с общей точкой разделительно-фильтрующих конденсаторов, свободные выводы которых подключены к соответствующим выводам для подключения источника питания, тиристор и диод каждой инверторной ячейки включены между соответствующими свободными выводами первичных обмоток выходного трансформатора и соответствующим выводом для подключения источника питания и зашунтирована последовательным резонансным LC-контуром таким образом, что свободный вывод индуктивности каждого последовательного резонансного LC-контура соединен с соответствующими выводами первичной обмотки соответствующего выходного трансформатора, вторичные обмотки выходных трансформаторов формируют последовательную цепь, соединенную с выводами для подключения нагрузки, каждый из демпфирующих диодов включен между общей точкой конденсатора и индуктивности последовательного резонансного LC-контура соответствующей ячейки и не связанным с ней выводом для подключения источника питания в направлении, встречном напряжению источника питания. В этом решении получена коммутирующая способность автономного инвертора, не зависящая от нагрузки, что позволяет работать инвертору при скачкообразных изменениях нагрузки, кроме того, возможность фазового регулирования позволяет сформировать любую внешнюю характеристику инвертора.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого автономного инвертора; на фиг. 2 эпюры напряжений и токов, поясняющие принцип работы предлагаемого устройства.

Автономный инвертор, схема которого приведена на фиг. 1, содержит клеммы 1 и 2 для подключения источника питания, два фильтрующих разделительных конденсатора 3, 4 со средней точкой, обеспечивающие независимую работу двух инверторных ячеек 5, 6, состоящих из последовательно соединенных коммутирующих конденсаторов7, 8 и дросселей 9, 10 и параллельно подключенных к тиристорам 11 и 12 и обратным диодам 13 и 14. Ячейка 5 одним концом подключена к плюсу 1 источника питания, а вторым к выходному трансформатору 15, ячейка 6 подключена к минусу 2 источника питания и вторым концом к выходному трансформатору 16. Ячейки подключены к трансформаторам через первичные обмотки 17 и 18, присоединенных другими концами к средней точке конденсаторов 3, 4. Вторичные обмотки 19, 20 выходных трансформаторов соединены последовательно между собой и нагрузкой 21. Демпфирующий диод 22 подключен анодом к минусу 2 источника питания и катодом к общей точке конденсатора 7 и дросселя 9 ячейки 5. Демпфирующий диод 23 подключен катодом к плюсу 1 источника питания и анодом к общей точке конденсатора 8 и дросселя 10 ячейки 6.

Автономный инвентер работает следующим образом.

При включении питания конденсаторы 3, 4 и 7, 8 заряжаются до 1/2 напряжения источника питания. При подаче импульсов управления (первая эпюра фиг. 2) с периодом повторения T1 для тиристора 11 ячейки 5 (заштрихованы) и для тиристора 12 ячейки 6 ч фазовым сдвигом T2 возникают короткозамкнутые контура, по которым перезаряжаются соответствующие коммутирующие конденсаторы. Перезаряд носит колебательный характер. При этом возникают коммутационные токи (эпюры 111 и 112 фиг. 2, сплошные линии), имеющие синусоидальную форму, зависящую от параметров коммутирующих конденсатора и дросселя. После того, как токи тиристоров спадают до нуля, обратные полуволны токов коммутации начинают проводить диоды 13 и14 (эпюры 113 и 114 фиг. 2, пунктирные линии), причем за время из работы тиристроры должны восстановить свои управляющие свойства. За время колебательного процессе T3 (эпюра 17 фиг. 2) к обмотке трансформатора прикладывается 1/2 напряжения источника питания, наросший ток намагничивания за время T3 после окончания колебательного процесса начинает спадать и за счет этого на обмотках выходного трансформатора формируется отрицательная полуволна выходного напряжения, так как открываются демпфирующие диоды 22 и 23 (эпюры U19 и U20 фиг.2). На нагрузке 21 формируется напряжение (эпюра U21 фиг. 2), равное геометрической сумме напряжений на вторичных обмотках трансформаторов U19 и U20. Таким образом, ширина импульсов выходного напряжения инвертора зависит от величины фазового сдвига 12 импульсов системы управления.

Техническим эффектом предлагаемого изобретения является возможность регулирования выходного напряжения инвертора методом фазового регулирования, т. е. получения формы напряжения как при ШИМ, при этом коммутирующая способность инвертора не зависит от нагрузки, что позволяет работать инвертору при скачкообразных изменениях нагрузки. Кроме того, возможность фазового регулирования позволяет сформировать любую внешнюю характеристику инвертора.

Использование: преобразовательная техника, в частности построение тиристорных источников вторичного питания средней и большой мощности, в том числе и инверторных источников питания для дуговой электросварки. Сущность изобретения: автономный инвертор содержит два фильтрующих разделительных конденсатора 3 и 4 со средней точкой, две инверторных ячейки 5 и 6, состоящие из коммутирующих конденсаторов 7 и 8 и дросселей 9 и 10, тристоров 11 и 12 и обратных диодов 13 и 14, а также два выходных трансформатора 15 и 16 с первичными обмотками 17 и 18 и вторичными обмотками 19 и 20, автономную нагрузку 21 и два демпфирующих диода 22 и 23. Технический эффект - возможность регулирования выходного напряжения инвертора методом фазового регулирования, т. е. получение формы напряжения как при ШИМ, при этом коммутирующая способность инвертора не зависит о нагрузки, что позволяет работать инвертору при скачкообразных изменениях нагрузки. Кроме того, возможность фазового регулирования позволяет сформировать любую внешнюю характеристику инвертора. 2 ил.

Автономный инвертор, содержащий две инверторные ячейки, каждая из которых содержит встречно параллельно включенные тиристор и диод и последовательный резонансный LС-контур, кроме того выходной трансформатор, отличающийся тем, что введены два последовательно соединенных разделительно-фильтрующих конденсатора, второй выходной трансформатор и два демпфирующих диода, при этом первичные обмотки трансформаторов соединены последовательно, их общая точка соединена с общей точкой разделительно-фильтрующих конденсаторов, свободные выводы которых подключены к соответствующим выводам для подключения источника питания, тиристор и диод каждой инверторной ячейки включены между соответствующими свободными выводами первичных обмоток выходного трансформатора и соответствующим выводом для подключения источника питания и зашунтирован последовательным резонансным LC-контуром таким образом, что свободный вывод индуктивности каждого последовательного резонансного LС-контура соединен с соответствующими выводами первичной обмотки соответствующего выходного трансформатора, вторичные обмотки выходных трансформаторов формируют последовательную цепь, соединенную с выводами для подключения нагрузки, каждый из демпфирующих диодов включен между общей точкой конденсатора и индуктивностью последовательного резонансного LС-контура соответствующей ячейки и не связанным с ней выводом для подключения источника питания в направлении, встречном напряжению источника питания.