Последовательный инвертор Советский патент 1983 года по МПК H02M7/515 

(54) ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ ИНВЕРТОР 1 Изобретение огносится к вентильной преобразовательной технике и может быгь использовано при разработке генераторов для питания ультразвуковых электротехнологических установок. При разработке генераторов повышенной и высокой частоты все большее применение находят схемы последовательных инверторов, в которых ограниченные напряжения на элементах контура коммуташш при снижении сопротивления нагрузки осушествляется путем отсечки второй полуволны напряжения на коммутирую щей индуктивности. Известна ск&ла автономного инвертора, в ко-орой отсечка напряжения на коммутирующей индуктивности осуществляется путем выполнения последовательно сое диненных конденсатора фильтра и sbraeceK ной за пределы вентильного моста комму тирующей индуктивности в виде двух :параллельных цепей с противоположным порядком следования указанных элементов причем между общими узлами указанных элементов включается диод Cl-. Такое включение хотя и приводит к ограничению перенапряжений при малых значениях сопротивлений нагрузки, вместе с тем дает затяжку токов в контуре стабилизации, что в свою очередь вызывает нежелательное повышение скорости нарастания тока тиристоров в момент включения. Известна схема инвертора, в которой с целью снижения коммутационных перенапряжений и повышения предельной частоты выходного напряжения коммутирующая индуктивность и нагрузка включены последовательно в рассечку-фильтрового конденсатора и введены допотштельные фильтровые конденсаторы и вентили, обеспечивающие рекупирацкю излишков энергии, запасенной в контуре коммутации, обратно в фильтр путем отсечки второй полуволны напряжения на коммутирующей индуктивности и нагрузке 2. Односторонняя подпитка нагрузки токами контура коммугашги приводит к эначигельной несинусоидальносги входного напряжения, что в свою очередь увеличи-. веет потери в нагрузке за высших гармоник. Наиболее близким к предлагаемому является последовательный мостовой инвертор, содержащий четыре.:.плеча, каж дое из которых состоит из последовательн но соединенных коммутирующего дросселя и управляи юго вентиля, два последовательно соединенных коммутирующих конденсатора, крайние выводы которых подключены между общими выводами управляемьпх Ьентилей в диагонали переменного тока моста, и нагрузку, подключенную средним выводом к общему узлу коммутирующих конденсаторов С31 Однако малое обратное напряжение, приложенное к управляемому вентилю, приводит к значительному увеличению времени необходимого для восстановлешш управляемости вентилей. Цель изобретения - повышение надежйЬсти путем улучшения условий коммутации управляемых вентилей. Для достижения поставленной цели последовательный инвертор, содержащий связанный с входными выводами через фильтровые дроссели мост, каждое плечо которого состоит из последовательно сое диненных коммутирующего дросселя и управляемого вентиля, а в диагональ пеpe;iiieHHoro тока включены два последовательно соединенных коммутирующих конденсатора, общая точка которых связана со средней точкой цепи нагрузки, сое диненной с общей точкой двух конденсатор фильтра, а также четыре конденсатора и четыре вентиля, снабжен выходным трансформатором с шестью первичньми обмотками, соединенными попарно соглас но-последовательно, четырьмя последовательными цепочками из ограничивающего вентиля и насыщающегося дросселя, четырьмя дополнительными коммутирующими д{к)сселями, каждый из которых соединен последовательно с одним из указанных конденсаторов в цепочку, включенную между соответствующими точкой соединения управляемого вентиля с коммутирующим дросселем и концом первой пары первичных обмоток выходного трансформатора, средняя точка которого соединена с общей точкой коммутируюгцих конденсаторов непосредственно, а через конденсаторы фильтра - со средними точками второй и третьей обмо ток, включенных вторая между коммутирующими дросслеями анодной, а третья между коммутирующими дросселями катодной групп вентилей моста и соединенных средними точками через фильтровые дроссели с соответствующими входными выводами, причем средняя точка второй пары соединена с катодами двух вентилей, а средняя точка третьей пары - с анодами двух других вентилей, свободные электроды которых соединены с общими точками дополнительных: коммутиру10ШИХ дросселей и конденсаторов, а последовательные цепочки из ограничивающего вентиля и насыщающего дросселя .включены между отпайками обмоток пары и отпайками противофазных обмоток второй и третьей пар. На чертеже изображена схема устройства. Инвертор содержит управляемые вентили 1-4, конденсаторы 5-8, фильтровые конденсаторы 9 и Ю, коммутирующие конденсаторы II и 12, фильтровые дроссели 13 и 14, коммутирующие дроссели 15 18, дополнительные коммутирующие дроссели 19 и 22, насыщающиеся дроссели 23-26, вентили 27-30, ограниченные вентили 21-34, первичные обмотки выходного трансформатора 35-46, вторичную обмотку выходного трансформатора 47 и нагрузку 48. Управляемые вентили 1-4 с включенными последовательно с ними коммутирующими дросселями 15, 18, 16, и 17 и секциями первичных обмоток 35, 37, 38, 4О, 41, 43, 44 и 46 соединены в мост, причем общие выводы пар секции обмотток 41, 44 и 43, 46 через фильтровые дроссели 13 и 14 подключены к выводам источника питания, а между общими выво дами пар последовательно соединенных управляемых вентилей 1, 2 и 3, 4 включены соединенные последовательноКоммутирующие конденсаторы 11 и 12, к общей точке которых подключены общими выводами фильтровые конденсаторы 9 и 10, причем вторые выводы этих конденсагоров подключены к средним вьгеодам пар обмоток 41, 44 и 43, 46 вьпсодного трансформатора и обмотки 42 и 45 с включенными последовательно с ними обмотками 36 и 39 выходного трансформатора, причем вторые выводы каждой из последних секций через пары цепочек, содержащих дроссели 19-22, и соединенные послеповательно с кажаой из них Конпрнсагоры 5-8 подключены к крайним вывоаам последовательно соепиноннык вентилей I, 2 и 3, 4. Вентили 27-ЗО подключены попарно первыми выводами навстречу напряжения питания к крайним выводам последовательно соединенных фильтровых конденсаторов 9 и Ю, причем вторые выводы этих вентилей подключены к общей точке конденсаторов 58и коммутирующих дросселей 19, 22, 2О и 21, подключенных к тем же плечам моста, что и конденсаторы 9 и Ю. Ограничивающие вентили 31-34 подключены попарно навстречу напряжению пита ния через насыщающиеся дроссели 2326 к общим выводам первичных обмоток выходного трансформатора 36, 42 и 45 39 и общим выводам противофазных им пар обмоток 35, 41, 37, 43, 44, 38 и 46, 4О выходного трансформатора. Параллельно вторичной обмотке 47 выходн го трансформатора подключена нагруз ка 48. Все обмотеи выхопного трансформато ра выполнены на одном сердечнике и им ют одинаковое направление включения, ч обеспечивает встречное протекание импульсов тока через нагрузку при поочередной подаче импульсов управления на вентили 1, 2 и 3, 4. Инвертор работает следующим образом. От входного источника через фильтро вые дроссели 13 и 14 заряжаются филь ровые конденсаторы 5-10 до половины напряжения питания. При отпирашш уп-. равляемого вентиля I импульс тока протекает по цепям: вентиль 1 - конденсатор 11 - параллельно по обмотке 4236 - дросселю 19 - конденсатору 5 и конденсатору 9 и обмогке 41-35 - дрос селю 15 - вентилю 1 и одновременно в выходном контура 47-48-47. Если су марное напряжение на элементах 42, 24 и 44 выше напряжения на конденсаторе а суммарное напряжение на элементах 43, 24 и 45 выще напряжения на конденсаторе Ю, то ограничивающие вентили .32 и 33 открываются и ток ограниче ния напряжения на нагрузке идет по кон турам: обмотка 42 - дроссель 25 вентиль 33 - обмотка 44 конденсатор 9- обмотка 43 - вентиль 32 - дроссель 24 - обмотка 45 - конденсатор 10и обмотка 43. После смены полярности напряжения на дросселях 15 и 16, если напряжение на элементах 42, 36 и 19 выше напряжения на конденсаторе 9, суммарное напряжение на элементах 15, 35 и 41 выше напряжения на конденсаторе 5, го открывается вентиль 27 и ток отсечки напряже1шя на коммутирующем дросселе идет по контурам: обмотка .42-36 дроссель 19 и вентиль 27 - конденсатор 9 - обмотка 42 и обмотка 41 и 35 - дроссель 15 - конденсатор 5 и вентиль 27 - обмотка 41. При этом ток в контуре коммутации бьгстро прекращается, благодаря чему обеспечивается ограничение перенапряжений на элементах инвертора. Если в описанном интервале времени ток в контуре ограничения напряжения на нагрузке падает до нуля, то вентили 32 и 33 закрываются. Следующим тактовым импульсом отпирается веигаль 3 и ток контура коммутации протекает по цепям: вентиль 3 - конденсатор 12 - параллельно по обмотке 45 и 39 . дросселю 2О - конденсатору 7 и конденсатору 9 и обмотке 44 и 38 - дросселю 16 и основа вентиль 3, и одновременно в нагрузочном контуре 47-48-47 навстречу импульсу тока предьщущего такта. ЕСЛИ суммарное напряжение на элементах 45, 23 и 41 выше напряжения на конденсаторе 9, а суммарное напряжение на элементах 46, 26 и 42 выше напряжения на конденсаторе 10, то ограничивающие вентили 31 и 34 открываются и ток ограничения напряжения на нагрузке идет по контурам: обмотка 45 - дроссель 23 - вентиль 31 - обмотка 41 - конденсатор 9 - обмотка 45 и обмотка 46 вентиль 34 - дроссель 26 - обмотка 42 - конденсатор 10 --обмотка 46. После спадания этого тока до нуля вентиля 31-34 закрываются. Если после смены полярности напряжения на дросселях 16 и 20 суммарное напряжение на элементах 44, 38 и 16 выше напряжения На конденсаторе 7, а суммарное напряжение на элементах 45, 39 и 2О выше напряжения на конденсаторе 9, го вентиль 29 открывается и ток отсечки напряжения на коммутирующем дросселе идет по контурам: дроссель 2О - вентиль 29 -конденсатор 9 - обмотка 45 и 39 - дроссель 20 и дроссель 16 - конденсатор 7 - вентиль 29 - обмотка 44 и 39 - дроссель 16. При этом ток в контуре коммутации быстро прекращается. Далее импульсы управления подаются сначала на вентиль 2, а затем на вентиль 4, При эгом процессы в инверторе протекают аналогично. SaTQvi импульс управления подается снова на вентиль 1, и процессы в схеме повторяются. Таким образом, при рабого на переменную нагрузку в предлагаемой схеме обеспёчивается снижение коммутаииойных перенапряжений, улучшается форма выходного напряжегош. Формула изобретения Поспедовагельный инвертор, содержащий связанный с входными вьдаодами черев фипьгровые дроссели мост, каждое плечо которого состоит из последовательно соед шенных коммутирующего дросселя а ущзавляемого вентиля, а в диагональ переменного тока включены два последовательно соединвшых коммутирующих кон/leHcaTopa, общая точка которых связана со бредней точкой цепи негрузки, соединенной с общей Точкой двух конденсаторов фильтра, а также четыре конденсатора и четыре вентиля, отличающийс я тем, что, с целью повышения его надежности путем улучшения условий коммутации управляемых вентилей, снабжен выходным трансформатором с шестью первичньп т обмотками, соединенными попарно согласно-последовательно, четьфьмя Последовательными цепочками изограничивающего вентили и насьпцающе ося дрос селя, четырьмя дрпогшитепьными; коммутирующими дросселями, каждый из которых 3 соединен последовательно с одним из указанных конденсаторов в цепочку, вкЛючен|(ую между соответствующими точкой соединения управляемого венгиля с коммутирующим дросселем и концом первой пары первичных обмоток выходного трансформатора, средняя точка которой соединена с общей точкой коммутирующих конденсаторов непосредственно, а через конденсаторы фильтра - со средними точками второй и третьей обмоток, включенных вторая между коммутирующими дросселями анод- . ной, а третья между коммутирующими дросселями катодной групп вентилей моста и соединенных средними точками через фильтровые дроссели с соответствующими входными вывода ли, причем средняя точка второй пары соединена с катодами двух вентилей, а средняя точка третьей пары - с анодами двух других вентилей, свободные электроды которых соединены с общими точками дополни тельныхкоммутирующих дросселей и конденсаторов, а последова.тельные цепочки из ограничивающего вентиля и насьш1ающегося дросселя включе-ны между отпайками обмоток первой пары и отпайками противофазных обмоток второй и третьей пар. Источники информагии, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство N 525214, кл. Н 02 М 7/537, 1974. 2.Авторское свидетельство СССР № 610266, кл. Н О2 М 7/515, 1976. 3.Авторское свидетельство СССР hf 484611, кл. Н 02 М 7/515р 1972.