Автономный резонансный инвертор Советский патент 1983 года по МПК H02M7/515 

Изобретение относится к эпекгротехнике и может быть использовано при соэаании источников питания электродуговых (плазмотроны, лазеры, магнетроны) и других нагрузок.

Известны достаточно простые схемы последовательных инверторов, имеющие сравнительно невысокую установленную мощность оборудования, которые обеспечивают частоту выходного напряжения порядка нескольких кГц t

Однако они неприменимы для питания электродуговых нагрузок, поскольку не обеспечивают устойчивой работы при щироком изменении сопротивления нагрузки, в то время как больщинство процессов электродуговой технологии протекают при изменении сопротивления дуги в диапазоне от короткого замыкания до холостого хода.. ;

Кроме того, для устойчивого горе- ния дугового разряда необходимо, чтобы i внешняя характеристика источника питания имела крутопадающий характер. Известные же простейшие схемы (полумостовая и мостовая) последовательных инверторов такими свойствами не обладают.

Известны также схемы инверторов, которые сохраняют устойчивость в широком диапазоне изменения параметров нагрузки 2 .

Однако такие инверторы более сложны обладают значительными установленными мощностями оборудования, а их внешняя характеристика не имеет жесткой ветви стабильного тока, что не позволяет использовать эти схемы для питания электродугового разряда.

Наиболее близкой к предлагаемой является полумостовая схема резонансного инвертора, содержащая два соединенных между соббй последовательно комму- тирующих конденсатора, свободными об.кладками подключенных к источнику питания, два соединенных между собой последовательно коммутирующих дросселя, один свободный ввод которых подключен к аноду одного тиристора, а другой - к катоду второго, причем свободный анод тиристоров подключен к плюсовой лклемме истоника питания, а катод - к минусовой, и нагрузку, подсоединенную одним выводом к точке соединения между собой коммутирующих конденсаторов, а вторым - к точке соединения между собой дросселей з.

Недостатком известного инвертора является неустойчивая работа в режимах,

близких к холостому ходу, уменьшения времени, предоставляемогс ппя тосстановления запирающих сйойсгв тиристоров.

5 Кроме того, внешняя характеристика инверто1ра не содержит участков стабильного тока, что не позволяет использовать его для питания злектдрдугового разряда.

Цель изобретения - обеспечение устой- Ючивой работы инвертора при изменении нагрузки от холостого хода до короткого замыкания и формирование внешней характеристики, имеющей участок стабильного тока.

15 Эта цель достигается тем, что в автономном резонансном инверторе, содержащем подключенные к входным выводам два последовательно соединенных конденсатора и два последовательно соедиС)ненных тиристора, связанных с точкой соединения указанных конденсаторов через два коммутирующих дросселя и цепь нагрузки, последовательная цепочка, состоящая из первого коммутирующего 5 дросселя и цепи нагрузки, шунтированной вторым коммутирующим дросселем, включена между точками соединения указанных тиристоров и конденсаторов.

На фиг. 1 показана схема устройства; Q на фиг. 2 - вариант схемы с параллелы}О включенными дросселями, позволяющий сместить участок стабильного тока в зону более низких значений сопротивления; на фиг. 3 - зависимость тока нагрузки инвертора от изменения величины ее сопротивления при последовательном и параллельном соединении коммутирующих дросселей.

Инвертор (фиг. 1 и 2) содержит п( следовательно соединенные тиристор 1 1 и 2 и коммутирующие кон денсаторы 3 и 4, образунэшие полумостовую схему, в диагональ которой включены коммутирующие дроссели 5 и 6 и нагрузка 7.

Положительный эффект достигается за счет подключения нагрузки параллельно одному из коммутирующих дросселей при последовательном соединении дросселей 3 и 4 (фиг. 1), или последовательно прк параллельном включении дросселей ( фиг. 2).

Схема инвертора (фиг. 1) работает следующим образом.

При отпирании тиристора 1 импульс тока, близкий по форме к синусоидальной полуволне, протекает по контуру: тиристор 1 - дроссель 6 - дроссель 5 и

нагрузка 7 - конденсатор 4, и одновре- . менно происходит перезаряд конденсатора 3 по контуру: конденсатор 3 - тиристор 1 -дроссели 5 и 6 и нагрузка 7 конаенсатор 3. Когда эгот ток спацаег до нуля, тиристор 1закрьшавтся (естес венная коммутация), вслеа за чем поцае ся управляющий сигнал на тиристор 2. При закрытом тиристоре 1 и открытом 2 формируется обратная полуволна тока инвертора, а также перезаряа конденсатора 4. Величина дросселя 5 выбирается из условий оптимальной нагрузки тиристоров по току и обеспечения устойчивой работы инвертора в режиме холостого хода. Меняя соотношение межцу величиг нами оросселей 506, можно осуществлять регулирование тока нагрузки. Следует отметить, что инвертор сохраняет работоспособность даже при отсутствии дросселя 6. Из фиг. 1 видно, что в режиме холоо j того хода собственная частота инвертора рпредел яется величиной суммарной индуктивности дросселей 5 и 6 и емкость коммутирующих конденсаторов 3 и 4. Выбирая частоту управления меньшей, чем собственная частота инвертора, на величину, достаточную для восстановлен ния запирающих свойств тиристоров, мож но обеспечить надежную работу схемы в этом режиме. При коротком замыкании собственная частота инвертора заведомо выше, чем в режиме холостого хода, так как она определяется лишь величиной одного дросселя 6, при том же значении комму тирующего конденсатора. Таким образом сохраняется устойчивая работа инвертора при изменении сопротивления нагрузки до нуля до бесконечности. Зависимость тока нагрузки инвертора от величины ее сопротивления для случа дросселей одной величины показана на фиг. 3, кривая 8. Здесь за базовые : величины приняты сопротивление h X - где хх собственная частота инвертора в режиме холостого хода; С - емкость конденсаторной батареи;и токI - JJ в 7 i Б где Uti - напряжение питания; R - сопротивление нагрузки; н и Видно, что, начиная со значения Н 4, ток нагрузки слабо зависит от величины ее сопротивления. Участок характеристики, начиная со значения И 4 и вьщ1е, целесообразно использовать в качестве рабочего, так как здесь достаточно высо кая стабильность тока, а следовательно, обеспечивается устойчивость и воспроизводимость дугового разряда. Предлагаемую схему целесообразно применять для питания электродуговых нагрузок со сравнительно высоким сопротивлением (газовые лазеры, лампы накачки, некоторые типы плазмотронов). Для низкоомных же наг1Узок предпочтительней схема, представленная на фиг. 2. Здесь коммутирующие дроссели 5 и 6 включены в диагональ полумоста параллельно, .причем последователь-, но с дросселем 6 включена нагрузка. (Устойчивость в режиме холостого хода обеспечивается выбором соответствующей величины дросселя 5. Нагрузочная характеристика инвертора, выполненного по этой схеме, показана на фиг. 3, кривая 9. Участок стабильного тока здесь pacnono-f жен в зоне низких сопротивлений, начвная с ,О. Для сравнения на фиг. 3, кривая Ю приведена нагрузочная характеристика полумостовой схемы инвертора, взятой в качестве прототипа. Устойчивая работа такой схемы возможна лишь до значения относительниго сопротивления нагрузки (п) равного 2, причем здесь нет учас1 ка стабильного тока.

АВТОНОМНЫЙ РЕЗОНАНСНЫЙ ИНВЕРТОР, сопержаший подключенные к входным выводам два последовательно соединенных конденсатора и два последовательно соединенных тиристора, связанных с тспксЛ соединения указанных конденсаторов через два комкутирукшшх дросселя и цепь , о т л и ч а - ю ш и и с а тем, что, с целью обеспечения устойчивой |)аботы инвертора при изменении нагрузки от холостого хода до короткого замыкания и. формирования внешней характеристики, имеющей участок стабильного тока, последовательная цепочка, состоящая яа первого коммутирующего дрЬсселя и цепи нагрузки, шунтированной вторным коммутирующим дросселем, включена между точками соедв нения указанных тиристоров и конденса(Л торов.

f

10

f

t

0

.

g