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

Изобретение относится к устройствам силовой преобразовательной техники, используемым преимущественно для питания током повьпиенной частоты резко переменной нагрузки, например, индукционной нагревательной или плавильной установки, или магнитострикционного преобразователя.

По основному авт. св.№ 535695 известен автономный последовательный инвертор, содержащий включенный через дроссель фильтра к входным зажимам вентильный мост с узлом коммутации,подключен-, ную параллельно мосту последовательную цепь из нагрузки и двух разделительных конденсаторов, а также двух диодов, подключенных между общей точкой нагрузки , и разделительного конденсатора и между зажимом другого разделительного конденсатора .11 .

Недостаток известного инвертора состоит в том, что амплитуда выходного напряжения в нем ограничивается на уровне 0,5 от входного.

Из условий работоспособности тиристоров допустимо выходное напряжение на уровне 0,7-0,8 от входного напряжения, что позволило бы примерно в 2 раза увеличить выходную мощность инвертора без изменения параметров его коммутирующего контура. Кроме того, имеется необходимость регулирования выходного напряжения и выходной мощности инвертора в течение технологического цикла и в зависимости от загрузки, например, индукционной плавильной печи.

Цель изобретения - увеличение и регулирование выходной мощности и выходного напряжения инвертора.

Поставленная цель достигается тем, что в автономном последовательном инверторе, последовательно с каждым диодом включен, по крайней мере один, нелинейный дроссель, зашунтированный электрическим коммутирующим контактом, связанным с Рлоком управления, подключенным к выходным зажимам инвертора.

На чертеже приведена схема устройства.

Устройство содержит тиристоры 1-4 вентильного моста, встречно-параллельные вентили 5-8, коммутирующий конденсатор 9, соответственно внутренний и внешний коммутирующие дроссели 10-11, разделительные конденсаторы 12-13, нагрузку 14 активно-индуктивную ( например, индукционная плавильная печь ), компенсирующий конденсатор 15, диоды 16-17, фильтровые дроссели 18-19, нелинейные дроссели 20-23, электрические контакты 24-27, блок 28 управления.

Нелинейные дроссели 20-21 и 22-23 включены на два последовательно в рассечку цепей последовательно с диодами 16 и 17. Каждый дроссель 20-23

зашунтирован соответствующими электрическими контактами 24-27, которые механически связаны с блоком 28 управления, подключенным к выходным зажимам инвертора,

Инвертор работает следующим образом.

При отпирании, например, .тиристоров 1 и 4 через элементы контура инвертора и нагрузку протекает импульс тока по цепи: конденсатор 12, тиристор 1, дроссель 10, конденсатор 9, тиристор 11-, конденсатор 13, нагрузка 14 и конденсатор 15, конденсатор 12. При изменении направления высокочастотного импульса тока тиристоры 1 и 4 запираются и проводят импульс тока разряда коммутирующего конденсатора встречно-параллельные вентили 8 и 5. Затем включаются очередные тиристоры 2 и 3 и через них и через нагрузку аналогично протекает импульс тока по цепи: конденсатор 12, -тиристор 2, конденсатор 9, дроссель 10, тиристор 3, дроссель 11, конденса.тор 13, нагрузка 14 и конденсатор 15, конденсатор 12. При изменении направления тока импульс тока протекает в этом же контуре через встречно-параллельные-вентили 6 и 7.

Через нагрузочный колебательный контур из элементов 14 и 15 подключенный к выходным зажимам инвертора протекает переменный высокочастотный ток.

При увеличении эквивалентного сопротивления нагрузочного колебательного контура (при увеличении сопротивления нагрузки 14) увеличивается величина выходного напряжения инвертора и его мощность. Когда амплитуда выходного напряжения превыщае величину напряжения на конденсаторах 12 и 13, отпираются вентили 16 и 17 и через них и через нелинейные дроссели 20, 21 и 22, 23 начинает протекать обратный ток от нагрузки в источник питания,по цепям: нагрузочный контур 14 и 15, дроссели 21 и 20, диод 16, конденсатор 12, нагрузочные контуры 14 и 15, нагрузочные контуры 14 и 15, конденсатор 13, диод 17, дроссели 23 и-22, нагрузочные контур 14 и 15. При этом в зависимости от состояния намагниченности и параметров нелинейных дросселей 20-23 выходное напряжение инвертора ограничивается и стабилизируется на каком-то определенном уровне при всех возможных увеличениях сопротивления нагрузочного контура,вплоть до пустого состояния индуктора,что соответствует холостому ходу нагревательной установки

В исходном состоянии нелинейные дроссели 20-23 находятся в ненасыщенном состоянии, т.е. их сердечники имеют какую-то остаточную индукци в соответствии с петлей перемагничи вания. При включении диодов 16 и 17 дроссели намагничиваются до насы щения. При этом по цепи протекает малый обратный ток, так как индуктивность дросселей во время их пере магничивания достаточно велика. При насыщении сердечников дроссе лей их индуктивность резко уменьшается, и импульс обратного тока в це тоже резко возрастает. Такое ограничение обратного тока в цепи возврата избыточной энергии с помощью нелинейных дросселей позвдляет увеличить амплитуду выходного напряжения инвертора до-рекомендуемой допустимой величины 0,7-0,8 от напряжения источника питания, и соответственно примерно в 2 раза увеличить выходную мощность инвертора при тех же параметрах его контура коммутации, В различных технологических режи мах сопротивление нагрузки меняется в очень широких пределах. При этом величина выходного напряжения зависит от жесткости выходной характеристики инвертора, которая определя ется индуктивностью дросселей 20-23 в .насыщенном состоянии. Чем меньше эта индуктивность, тем более жесткая выходная характеристика инвертора, и более стабильное выходное напряжение и мощность инвертора, Пp Iмeнeние нескольких последовательно соединенных нелинейных дросселей 20,, 21 и 22, 23 в каждой цепи обратного тока и шунтирование их соответственно. в каждой цепи по одному или группам. помощью электрических контактов 24-27, позволяет эффективно регу лировать во время технологического процесса (например, плавки )выходное напряжение и мощность инвертора, а также компенсировать недостаточную жесткость выходной характеристики инвертора. Включение и выключение электрических контактов 24-27 осуществляется блоком 28 управления как при ручном управлении, так и автоматически. Для этого блок управления подключен к выходным зажимам инвертора и автоматически переключает электрические контакты в зависимости от величины выходного напряжения инвертора,Тем самым поддерживается неизменным выходное напряжение инвертора при всех изменениях сопротивления нагрузки, а также требуемый технологический режим, например, по заданной программе. Экономический эффekт заключается как в увеличении примерно в 2 раза выходной мощности инвертора при тех же параметрах его коммутирующего контура, так и в оптимизации поддержания требуемого технологического режима. Величина экономии зависит от мощности инвертора, режимов его эксплуатации, производительности и удельной стоимости производимой продукции, например, расплавленного металла. При сохранении режимов эксплуатации инвертора и удельной стоимости продукции, при увеличении мощности в раза, примерно во столько же раз возрастет производительность всей установки. Реально это может быть достигнуто, например, при питании от усовершенствования инвертора более мощной плавильной печи, большей производительности. При необходимости более плавно регулировать выходные мощности и напряжение можно последовательно использовать большее количество нелинейных дросселей и шунтирующих коммутирующих контактов,

АВТОНОМНЫЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ ИНВЕРТОР по авт. св. 535695, о тличающийся тем, что, с целью увеличения и регулирования выходной мощности и выходного напряже-. НИН, последовательно с каждым диодом включен по крайней мере один нелинейный дроссель,. зашунтированный электрическим коммутирующим контактом, связанным с блоком управления, подключенным к выходным зажимам инвертора.