ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР Российский патент 2009 года по МПК H02M5/42 

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в источниках питания повышенной частоты для индукционного нагрева, формовки металлов и в других электротехнологических установках.

При построении мощных высоковольтных автономных инверторов и других источников широко используется последовательное соединение вентилей. Для равномерного распределения как величины, так и скорости нарастания напряжения du/dt используются RC-цепочки, состоящие из резистора, конденсатора и диода [Мощные полупроводниковые приборы. Тиристоры: Справочник / В.Я.Замятин, Б.В.Кондратьев, В.М.Петухов. - М.: Радио и связь, 1987, стр.31, рис.3].

Недостатками инвертора с таким выполнением RC-цепочек для последовательно соединенных тиристоров являются сложность, относительно низкая надежность за счет большого числа диодов и снижения эффективности равномерного распределения du/dt по тиристорам из-за последовательного соединения указанных диодов и разброса времени включения их.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является высоковольтный мостовой инвертор, состоящий из одного или нескольких инверторных ячеек, содержащих включенные встречно-параллельно две ветви, одна из которых выполнена из последовательно соединенных управляемых вентилей, другая - из одного или нескольких последовательно соединенных неуправляемых вентилей, причем общие точки последовательно соединенных управляемых вентилей изолированы от общих точек соединения неуправляемых вентилей, а все управляемые и неуправляемые вентили шунтированы RC-цепочками, состоящими из резистора, конденсатора и диода [А.С. СССР №318130. Высоковольтный инвертор / Кацнельсон С.М., Морозов В.В., Пудровский Л.С., Аитов И.Л., Гутин Л.И., Филатов В.Н., Пегасов М.А. // БИ 31, 1971].

Недостатками его являются сложность, снижение надежности, эффективности равномерного распределения крутизны нарастания напряжения по тиристорам и встречным диодам из-за последовательного соединения большого числа диодов RC-цепочек, разброса времени включения их.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является упрощение конструкции и повышение надежности за счет сокращения числа диодов и резисторов RC-цепочек тиристоров и встречных диодов, повышения точности равномерного распределения перенапряжений и крутизны нарастания напряжения на тиристорах и встречных диодах за счет непосредственного соединения конденсаторов RC-цепочек тиристоров и встречных диодов и подключения их к выводам плеч моста через диод Шоттки, шунтированный резистором.

Задача решается тем, что в высоковольтном автономном инверторе, состоящем из одного или нескольких инверторных ячеек, содержащих включенные встречно-параллельно две ветви, одна из которых выполнена из последовательно соединенных управляемых вентилей, другая - из одного или нескольких последовательно соединенных неуправляемых вентилей, причем общие точки последовательно соединенных управляемых вентилей изолированы от общих точек соединения неуправляемых вентилей, а все управляемые и неуправляемые вентили шунтированы RC-цепочками, состоящими из резистора, конденсатора и диода, в отличие от прототипа, конденсаторы RC-цепочек как управляемых, так и неуправляемых вентилей соединены между собой непосредственно и последовательно и образуют две ветви, которые соединены параллельно и через диод Шоттки, шунтированный резистором, подключены параллельно выводам цепи, состоящей из последовательно соединенных управляемых и неуправляемых вентилей инверторных ячеек, причем общие точки соединений конденсаторов RC-цепочек управляемых вентилей подключены к общим точкам соединений управляемых вентилей через резисторы, а общие точки соединений конденсаторов RC-цепочек неуправляемых вентилей подключены к общим точкам соединений неуправляемых вентилей непосредственно.

На чертеже приведена схема предложенного высоковольтного мостового автономного инвертора, где 1 - плечи моста, в диагональ которого включены последовательно соединенные коммутирующие конденсатор 2 и индуктивность 3. Параллельно цепи питания моста включена цепь, состоящая из последовательно соединенных защитной индуктивности 4, разделительного конденсатора 5 и нагрузки 6. Инвертор подключен к источнику питания с напряжением Ud через входной дроссель 7.

Каждое плечо 1 инверторного моста состоит из тиристоров 8, встречных диодов 9, непосредственно соединенных конденсаторов 10 и 11, резисторов 12, 13, 14 и диода Шоттки 15. Цепочка встречных диодов 9 подключена встречно-параллельно цепочке тиристоров 8. Каждый тиристор 8 шунтирован резистором 14. Общие точки цепочки конденсаторов 10 подключены к общим точкам цепочки тиристоров 8 через резисторы 13. Общая точка конденсаторов 11 подключена к общей точке диодов 9 непосредственно. Параллельные ветви, образованные цепочкой непосредственно соединенных конденсаторов 10 и цепочкой непосредственно соединенных конденсаторов 11, подключены к выводам плеча 1 через диод Шоттки 15, шунтированный резистором 12.

Инвертор в установившемся режиме работает следующим образом. При включении тиристоров 8 диагональных плеч моста происходит перезаряд коммутирующего конденсатора 2, заряженного до напряжения источника питания, через коммутирующую индуктивность 3, защитную индуктивность 4, разделительный конденсатор 15 и нагрузку 6.

Через нагрузку 6 протекает положительная полуволна тока в одном (первом) направлении. Когда напряжение на конденсаторе 2 превысит напряжение Ud и положительная полуволна тока пройдет через нулевое значение, указанные тиристоры выключаются и включаются встречные диоды 9, затем через нагрузку 6 протекает ток в направлении, обратном первому (второе направление). После того, как коммутирующий конденсатор 2 разрядится до напряжения приблизительно равного Ud и отрицательная полуволна тока пройдет через нулевое значение, диоды 9 выключаются. Пока через диоды 9 проходит прямой ток к тиристорам прикладывается небольшое обратное напряжение, равное падению напряжения на диодах 9, и они успевают полностью восстановить свою управляемость. Затем включаются тиристоры 8 противоположных плеч моста и конденсатор 2 начинает снова перезаряжаться. Через нагрузку 6 протекает вторая положительная полуволна тока в первом направлении. После обратного перезаряда коммутирующего конденсатора 2 и выключения тиристоров 8 включаются диоды 9 и через нагрузку 6 протекает вторая отрицательная полуволна тока.

В моменты обрыва тока через встречные диоды и включения очередных тиристоров двух противофазных плеч моста к тиристорам и встречным диодам (закрытых плеч) прикладывается прямое для тиристоров и обратное для диодов напряжение с высокой крутизной нарастания и большой амплитудой. Благодаря тому, что в отличие от прототипа конденсаторы 10 соединены непосредственно и их общие точки подключены к общим точкам тиристоров 8 через шунтирующие резисторы 13, а также конденсаторы 11 соединены непосредственно и их общая точка подключена к общей точке диодов 9 непосредственно и цепочки непосредственно соединенных конденсаторов 10 и 11 подключены к выводам плеч через диод Шоттки, шунтированный резистором, происходит равномерное распределение напряжений на диодах 9 и тиристорах 8. К тому же, по сравнению с прототипом, уменьшено количество диодов и резисторов RC-цепочек.

Использование: в области преобразовательной техники. Техническим результатом является упрощение конструкции и повышение надежности инвертора. В высоковольтном автономном инверторе конденсаторы RC-цепочек как управляемых, так и неуправляемых вентилей соединены между собой непосредственно и последовательно и образуют две ветви, которые соединены параллельно и через диод Шоттки, шунтированный резистором, подключены параллельно выводам цепи, состоящей из последовательно соединенных управляемых и неуправляемых вентилей инверторных ячеек, причем общие точки соединений конденсаторов RC-цепочек управляемых вентилей подключены к общим точкам соединений управляемых вентилей через резисторы, а общие точки соединений конденсаторов RC-цепочек неуправляемых вентилей подключены к общим точкам соединений неуправляемых вентилей непосредственно. 1 ил.

Высоковольтный автономный инвертор, состоящий из одного или нескольких инверторных ячеек, содержащих включенные встречно-параллельно две ветви, одна из которых выполнена из последовательно соединенных управляемых вентилей, другая - из одного или нескольких последовательно соединенных неуправляемых вентилей, причем общие точки последовательно соединенных управляемых вентилей изолированы от общих точек соединения неуправляемых вентилей, а каждый управляемый вентиль шунтирован резистором, отличающийся тем, что две ветви из соединенных последовательно конденсаторов соединены параллельно и через диод Шоттки, шунтированный резистором, подключены параллельно выводам цепей, состоящих из последовательно соединенных управляемых и неуправляемых вентилей инверторных ячеек, общие точки соединения конденсаторов соответствующих цепочек соединены с общими точками соединения управляемых вентилей через резисторы, а с общими точками соединения неуправляемых вентилей непосредственно.