Автономный инвертор Советский патент 1983 года по МПК H02M7/515 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может найти широкое применение в технике инцукционного нагрева и плэзки металлов.

Известен поспецовательный инвертор, содержащий два поспедовательно соединенных конденсатора фильтра, подключенных К. выходам для источника питания, преобразовательные 51чейки, содержащие каждая ова тиристора последовательно соейиненных через первичные обмотки двух коммутирующих насыщающихся дросселей. Коммутирующие конденсаторы, одни из йб1а1адок которых подключены к общим точкам последовательного соединения yjKa занных первичных обмоток, а другие обкладки подключены к одному из выводов первичной обмотки выходного 1рансформатора, другой вьшод которой подсоединен к общей точке соединения конденсаторов фильтра, причем из коммути)рующих дросселей содержит вторичную обмотку, подключенную одним выводом к одному из выводов для источника питания, а другой вывод каждой из вторичных обмоток через диод подключен к общей точке соединения коммутирующих конденсаторов с П€5рВИЧНОЙ обмоткой ВЫХОДНОГО

трансформатора и 2.

Данная схема обеспечивает затягива- ние тока тиристоров при H3t включении, но не обеспечивает снижение скорос ти тока при спаде. В то время, как ум;еньщение скорости спада прямого тока приводит к снижению величины остаточных зарядов, а следовательно, и к уменьще- нию коммутационных потерь при выключении, изменению величины обратного тока и его формы, а также уменьщению величины обратного напряжения на тирис- торе.

Известен автономный поспедова:гельный инвертор, содержащий по крайней мере две преобразовательные ячейки, каждая из которых имеет фильтровый

дроссель и вентильную пару, образованну встречно-параллельно соединенными тиристором и диодом, первый вьшод обмотк каждого фильтрового дросселя соединен с входным выводом, а второй связ,ан с соответствующей вентильной парой и через коммутирующий контур - с выходным выводом, двухобмоточные насыщающеся дроссели по числу ячеек, причем в каждой ячейке одна из обмоток дросселя включена последовательно с вентильной парой, а другая - последовательно в цеп коммутирующего контура Ез и 14}.

Указанное схемное рещение обеспечивает снижение скорости нарастания и спада тока тиристоров, причем по амплитуде величина тока при включении и перед выключением практически одинакова, что вызьшает дополнительные коммутационные потери. Следует также заметить, что время выключения тиристора зависит от тока в открытом состоянии перед началом процесса выключения и от скорости спада, а так как этот ток равен величине тока при включении, то время выключения затягивается, ограничивая частотный диапазон работы инвертора.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является автономный инвертор, содержащий тиристорный мост с коммутирующим конденсатором в диагонали, коммутирующий дроссель, перу вичная обмотка которого соединена последовательно с мостом, а вторичная с катодом диода, анод которого подключен к общей точке соединения нагрузки, катодной группы тиристоров моста и одного из полюсов источника питания , другим полюсом источник питания связан с входным дросселем, а нагрузка соединена послецовательно с разделительным конденсатором другая обкладка которого с входным дросселем и вторичной обмоткой коммутирукн. щего дросселя образует общую точку С 5.

К недостаткам известной схемы инвертора следует отнести пониженную надежность работы и повьшенные коммутационные потери, вызванные высокой скоростью нарастания и спада тока тиристоров.

Цель изобретения - повьпнение надежности путем снижения коммутационных потерь за счет уменьщения скорости спада тока тиристоров и тока в открытом состоянии перед началом процесса выключения.

Поставленная цель достигается тем, что в схему автономного инвертора, содержащего тиристорный мост с коммутирующим конденсатором в диагонали, коммутирующий дроссель, первичная обмотка которого соединена последовательно с мостом, а вторичная - с катодом диода, анод которого подключен к общей точке соединения нагрузки, катодной группы тиристоров моста и одного из полюсов источника питания, другим полюсом источник питания связан с входным дросселем, а нагрузка соединена последовательно с разделительным конденсатором, введен дроссель насыщения, первичная обмотка которого вьтолнена из двух поQ3.103 спецовательно и встречно соеаиненных полуобмоток, концы которых подключены к разделительному конденсатору, а начапа - соответственно к первичной обмочи ке коммутирующего дросселя и к входному дросселю, причем вторичная обмотка дросселя насыщения концом подключена к вторичной обмотке коммутирующего дрооселя, а началом - к общей точке соединения разделительного конденсатора и концов первичной обмотки дросселя насыщения. На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого ин- вертора; на фиг. 2 и 3 - диаграммы его работы. Автономный инвертор содержит тиристорный мост 1 (тиристоры 2-5) с коммутирующим конденсатором 6 в диагонали, коммутирующий дроссель 7, первичная обмотка 8 которого соединена последовательно с мостом 1, а вторичная обмотка 9-0 катодом диода 10, анод которого подключен к общей точке соединения нагрузки 11, катодной группы тиристоров 4 и 5 моста 1 и одного из полюсов источника 12 питания, другим полюсом источник 12 питания связан с входным дросселем 13, а нагрузка 11 соединена последовательно с разделитель- ным конденсатором 14, дроссель 15 насьщ1ения, первичная обмотка которого выполнена из двух последовательно и встречно соединенных полуобмоток 16 и 17, концы которых подключены к разделительному конденсатору 14, а начала - соответственно к первичной обмот ке 8 коммутирующего дросселя 7 и к входному дросселю 13, причем вторичная обмотка 18 дросселя насыщения 15 концом подключена к вторичной обмотке 9 коммутирующего дросселя 7, а началом - к общей точке соединения разделительног конденсатора 14 и концов первичной обмотки 16 и 17 дросселя 15 насыщения. Автономный инвертор в квазиустановивщемся режиме работает следующим образом. Разделительный конденсатор 14 нормально заряжен через входной дроссель 13, полуобмотку 17 дросселя 15 насьщхения и нагрузку 11 до напряжения источника 12 питания. Пусть коммутирующий конденсатор 6 имеет полярность напряжения, указанную на фиг. 1. При включении очередных тиристоров 2 и 4 начинается колебательный про цесс перезаряда коммутирующего кон84ценсатора б по цепи разцелительный кон- денсатор 14 - полуобмотка 16 дроссе- ля 15 насыщения - первичная обмотка 8 коммутирующего дросселя 7 - тиристор 2 коммутирующий конденсатор 6 - тирис- тор 4 - нагрузка 11 - разделительный конденсатор 14. Перец включением тиристоров 2 и. 4 через обмотку 17 дросселя 15 насыщения протекает входной ток Л, , создающийМДС D , ij (где число витков полуобмотки 17) отрицательного направления. В момент включения тиристоров 2 и 4 рабочая точка по характеристике В(Н) (фиг. 2) занимает положение О. По мере увеличения тока тиристоров 2 и. 4 i , растет МДС полуобмотки 16 дросселя 15 насыщения и в точке 19 (фиг. 2) наступит равенство (промежуток времени О- t на фиг. 3): Kta)W,(1) где : J - ток тиристоров на участке перемагничивания; Э - входной ток инвертора; V,- число витков полуобмотки 16 дросселя 15 насыщения; - число витков полуобмотки 17 дросселя 15 насыщения. При дальнейщем увеличении тока тиристоров 2 и 4 И .. d%7 и Н результат становится больше нуля. Это соответствует перемещению точки на характеристике В(Н) (фиг. 2) из положения 19 в положение 2О. Когда -fb где i цд- величина тока коэрцитивной си- лы дросселя 15 насыщения по полуобмотке 16, точка на характеристике В (Н) займет положение 20. С этого момейта начнется основное перемагничивание, которое будет продолжаться до тех пор, пока рабочая точка перемешается из положения 20 в положение 21 (фиг. 2), Это время перемещения (фиг. 3), когда й./сЗ-Ь Ои дроссель насьш1ения в этот промежуток времени обладает большим индуктивным сопротивлением. Время перемагничивания Т, определя- ется из выражения С4 , WS4B где W - число ВИТКОВ дросселя насьпцения; 5 площадь сечения сердечника; ЛВ - общее изменение индукции; Up- напряжение на обмотке дросселя насыщения.

Напряжение на дросселе Up Ц опрвм г дергается из слепуюшего уравнения, со. ставленного для контура 16-8-2-6-411-14-16 по П закону Кирхгофа (, 1) при допущении идеальности ти- s ристоров и большой величине емкости разделительного конденсатора 14:

Цыо).(4)

где UI/YQI - напряжение на полуобмотке 16 дросселя 15 насы- Ю щения при включении тиристоров 2 и 4; и.. - входное напряжение 1шве(тора.;

U - напряжение на нагрузке 11} 15 и - напряжение на коммутирующем конденсаторе 6, В конце основного перемагничивания начинается криволинейный участок характеристики В(Н), на котором сопротивпе- 20 дросселя насыщения падает и начинаетЬя нарастание тока i по колебательному закону. В момент достижения то«к Лл )| максимального значения рабочая точка на характеристике В (Н) 25 зйвимает положение 22 (фиг. 2). Далее тек ij спадает, меняет знак и в момент 15 (фиг. 3 ), когда U 3 U -t- CJ Т.0. когда напряжение на вторичной обмотке 9 коммутирующего дросселя 7зо станет равным суммарному напряжению разделительного конденсатора 14 и наг рузки 11, включается диод 1О., сбрасывая излишнюю реактивную энергию с коммутирующего дросселя 7 на раздели- j тельный конденсатор 14 и нагрузку 11. Тфк диода iO л (фиг. 3), протекая по обмотке .18 дросселя IS насыщения, создает МДС положительного направления, которая складывается с МДС полуобмор- до ки 16. Благодаря действию обмотки 18 дросселя 15 насьпцения, в момент времени t(фнг. 3) достижения током.д своего максимального значения 3 равенство нупю результирующей МДС в сердечHtiKe прооселя 15 насыщения будет иметь место при следующем соотношении МДС обмоток 16 18, рабочая точка характеристики В(Н), пройдя через положение 23, займет положение 24 ( фиг. 2):

KiB)W,. (5)

где n(Q) - ток тиристоров 2 и4 при их выключении. Далее при уменыиении токов j и 1 результирующая МДС становится отрицательной и, начиная с положения точки 25 (фиг. 2) характеристики В(Н)| начнет перемагничивание дросселя 15 насыщения, во время которого сопротивление его будет больщим. В токе t ,f при этом появится ступенька с величиной тока чко), которая будет, как это видно из равенства (5), меныие величины 1ц(оу1 которб1Я была при включении тиристоров 2 и 4.

Следует отметить, что при отсутствии обмотки 18 дросселя 15 насыщения процесс выключения тиристоров 2 и 4 происходил бы с образованием ступеньки с большим по величине током 3,.., как и при включении тиристоров 2,4 и большой (щительностью, так как напряжение на полуобмотке 16 будет равно (фиг. 4)

i6--Uc.. б)

Из сравнения (4) и (6) видно, что величина напряжения на полуобмотке 16 дросселя 15 насьш1ения в момент включения тиристоров 2 и 4 будет меньше, чем при включении, а поэтому согласно (3) время перемагничивания при выклю ченив будет больше. Это вызовет затягивание процесса перемагничивания дросселя насьпцения и соответственно выклк чения тиристоров 2 и 4.

Введение же обмотки 18 уменьшает величину тока задержки jvCa),

При выключении тиристоров 2 и 4 включаются очередные тиристоры 3,5 и процесс продолжается аналогично описанному вьш1е.

Теисим образом, используя предлагаемо техническое решение удается существенно снизить скорость спада тока тиристоров .инвертора, что, вон1ервых, позволяет по- вьюить надежность его работы, во фторых снизить коммутационные потери.

Oi

Bi

г

(pus.Z

АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР, содертсащий тиристорный мост с коммути рующим конденсатором в диагонали, коммутирующий дроссель, первичная обмотка . которого соединена последовательно с мостом, а вторичная - с катодом диода. / 4 fff s %f 4 f9 D л анод которого подключен к обшей точке соединения нагрузки, катодной группы тиристоров моста и одного из полюсов источника питания, другим полюсом источник питания связан с входным дросселем, а нагрузка соединена последовательно с разделительным конденсатором, о т л и - ч ающийся тем, что, с целью повьпиения надежности путем снижения коммутационных потерь за счет уменьщения скорости спада тока тиристоров и тока в открытом состоянии перед началом процесса выключения, введен дроссель насыщения, первичная обмотка которого выполнена из двух последовательно и встречно соединенных полуобмоток, концы которых подключены к разделительному конденсатору, а начала - соответственно к первичной обмотке комму тиру- ющегю дросселя и к входному дросселю, причем вторичная обмотка дросселя насыщения концом подключена к вторичной обмотке коммутирукнцего дросселя, а началом - к общей точке соединения разделительного конденсатора и концов первичной обмотки дросселя насыщения.