Инвертор Советский патент 1983 года по МПК H02M7/515 

Изобретение относится к тиристор ным преобразователям частоты и предназначено для необратидюго преобразования энергии постояннЪго тока на входе в энергию переменного тока повышенной частоты на выходе и может найти применение в тиристорных преоб разователях частоты для питания током повышенной частоты однофазной переменной нагрузки, например, индукционной нагревательной установки Известен автономный последователь ный инвертор,содержащий инвертирующий вентильный мост с узлом коммутации и,з конденсатора и дросселей, подключенную параллельно мосту последовательную цепь из нагрузки и дву разделительных (фильтровых) конден саторов, а также двух диодов, причем каждый из диодов подключен между . общей точкой нагрузки и разделительного конденсатора и между зажимом другого разделительного конденсатора К зажимам источника постоянного тока мост подключен через дроссели , фильтра. Каждый фильтровый конденсатор заряжается от источника питания лишь до половины напряжения. Через диоды напряжение на нагрузке ограничивается по амплитуде на уровне напряжения фильтровых конденсаторов, т.е. на уровне 0,5 от напряжения источника питания. Допустимый уровень амплитуды выходного напряжения 0,6 - 0,7 от напряжения источника питания. Инвертор может устойчиво работать при любом сопротивлеНИИ нагрузки Cl. Наиболее близким к изобретению является инвертор, содержащий коммутирующий колебательный контур из последовательно соединенных .комМутирующего конденсатора, коммутирующего дросселя и встречно-параллельно вклю ченных .тиристора и вентиля. Контур подключен к входным зажимам через фильтровый дроссель. К выходным зажимам инвертора подключена нагрузка В .общем случае нагрузка может быть любого вида. В частном случае нагру ка может быть представлена нагрузочным колебательным контуром, в котором активно-индуктивный элемент, на ример индуктор, зашунтирован компен сирующим конденсатором. Это наиболе распространенный вид нагрузок для высокочастотных инверторов. Инвертор питать переменную нагрузку, сопротивление .которой может меняться от О {короткое замыкание) до некоторой Номинальной вел чины С 2 3. Однако при увеличении сопротивле ния нагрузки, а следовательно и выходного напряжения, сверх номинальной величины резко снижается время для восстановления управляемости тиристоров, и инвертор перестает ра ботать. Амплитуда выходного напряже ния не должна превышать величины 0,6-0,7 от напряжения источника питания. Дальнейшее увеличение выходного напряжения является для инвертора перегрузкой. Таким образом, инвертор имеет относительно невысокое выходное напряжение и неустойчив при перегрузках, что ограничивает область его применения. Цель изобретения состоит в увеличении выходного напряжения и повыше.НИИ надежности при перегрузках. Для достижения цели инвертор, содержащий ячейку, состоящую из подключенных через дроссель фильтра к положительному входному выводу коммутирующего конденсатора и последовательной цепочки из коммутирующего даэосселя и встречно-параллельно включенных тиристора и вентиля, связаных с выходными выводами, снабжен дополнительной идентичной ячейкой, подключенными к входным выводам последовательно соединенными вспомогательным дросселем и конденсатором фильтра, двумя дополнительными фильтровыми дросселями и последова тельно соединенными дополните ль HHIM вентилем и нелинейным дросселем, включенными между общей точкой вспомогательного дросселя и конденсатора фильтра и точкой соединения вентилей второй ячейки с одним выходным выводом, причем анод дополнительного вентиля соединен с катодом тиристора второй ячейки, соединенным через г.первый- дополнительный фильтровый дроссель с катодом тиристора первой ячейки, подключенным через второй фильтровый дроссель к своему коммутирующему конденсатору, соединенному с конденсатором фильтра, отрицательным входным выводом и другим. ВЫХОД нави выводом. .На фиг. 1 приведена схема инвертора; на фиг. 2 - 4 - схемы вариантов включения предлагаемого инвертора. Инвертор содержит тиристоры 1 и 2,встречно-параллельные вентили 3 и 4, коммутирующие конденсаторы 5 и 6, коммутирующие дроссели 7 и 8, фильтровый конденсатор 9, нелинейный дроссель 10, дополнительный вентиль 11, вспомогательный дроссель 12 фильтра, дроссели 13 и 14 фильтра, дополнительные фильтровые дроссели 15 и 16, активно-индуктивную нагрузку 17, например индуктор, компенсирующий конденсатор 18, инверторный блок 19. Инвертор имеет следующее исполнение. Основная ячейка состоит из последовательно соединенных конденсатора 5, дросселя 7 и встречно-параллельно включенных тиристора 1 и вентиля 3. Вторая ячейка состоит иэ последовательно соединенных конденсатора 6, дросселя 8 и встречно-па.раллельно включенных тиристора 2 и вентиля 4, Выводы конденсаторов 5 и 6, связанные с дросселями 7 и 8J и вывод конденсатора 9 через дроссели 12 - 14 соединены с одним вход ным выводом. Другие выводы конденсаторов 5 и 9 соединены вместе и образуют первый выходной .вывод и другой входной выврд инвертора. Крайние выводы тиристора 2 и вентиля 4 образуют второй выходной вывод .инвертора. Точка соединения кондеисатора 9 с дро.сселем 12 через нелинейный дроссель 10 и вентиль 11 соединена с вторым выходным выводом Точка соединения элементов 1, З и б чеЬез дроссели 15, и 16 соединена с первым и BTopfcw выходньй и зажимами инвертора.. Перечисленные и определенным об-г разом соединенные элементы 1-16 образуют инверторный блок. К выходным выводам подключена нагрузка из элементов 17 и 18, В приведенной схеме нагрузка выполнена в виде колебательного контура, как наиболее часто встречающаяся. Инвертор работает следующим образом. От источника питания через дроссели 12 - 16 заряжаются конденсатор 5, 6 и 9 до .нaпpяжeнйЯJ источника. При отпирании тиристоров 1 и 2 протекает импульс высокочастотного ток по цепйт 5-7-1-6-8-2-17 и 18-5. Пос ле прекращения тока через тиристоры за счет перезаряда конденсаторов в этой же цепи, но в обратную сторону через вентили 3 и 4 протекает обратный импульс высокочастотного тока, тоже выделяющий в нагрузке полезну .мощность. Одновременно конденсаторы 5 и 6 подзаряжаются от источника питания. После заряда конденсаторов снова отпираются тиристоры 1 и 2, и процесс повторяется аналогичным; образом. При этом через нагрузку протекает переменный высокочастотны ток. бписанный электромагнитный про цесс, имеет; место при номинальной нагрузке (при номинальном сопротивлении нагрузки). При увеличении сопротивления нагрузки увеличивается величина выходного напряжения. Если амплитуда выходного напряжения станет выше нап ряжения на фильтровом конденсаторе откроется вентиль 11, и через него и через тцроссель 10 будет протекать ток, возвращающий избыточную реактнв ную энергию из конту эа нагрузки в ис точник питания, ограничивая тем .самым выходное напряжение инвертора, что сохраняет его работоспособность при перегрузке. Применение нелинейного дросселя 10 позволяет ограничивать амплитуду выходного напряжения для каждой ячейки (напряжение на выходных выводах каждой ячейки) на рекомендуемом уровне 0,6 - 0,7 от напряжения источника питания. Без нелинейного дросселя 10 уровень ограничения напряжения составил бы только величину 0,5 в расчете на один колебательный контур, что ограничило бм мощ ность инвертора. Амплитуда выходного . напряжения может достигать величины , 1,2-1,4 от напряжения источника питания, ЯТО.в 2 раза выше,чем выходное напряжение в известном инверторе. Таким-образом, в инверторе уЬёличено в 2фаза выходное напряжение. и увеличена надежность работы при перегрузках. Инвертор может устойчиво работать при изменении сопротивления нагрузки от нуля (короткое замыкание) до бесконечности (индуктор пуст), ,. Предлагаемый инвертор как инверГорный блок может, входить в состав более сложных инверторов, схемы которых приведены на фиг, 2 - 4, В схеме (фиг. 2) блокн включены по напряжению питания последователь но и питают током высокой частоты общий нагрузочный колебательный контур нз элементов 17 и 18, . В схеме .(фиг. 3) блоки включены по напряжению питания параллельно и позволяют получить на нагрузочном контуре удвоенное выходное напряжение. В схеме (фиг, 4) четыре блрка включены попарно последовательнопараллельно, В такой схеме на нагрузочном контуре также удвоенное выход-ное напряжение, Ы зависимости от частоты и требуемой мощиости инверторные блоки могут работать (пропускать импульсы высокочастотного тока) или одновременно, или поочередно, что дополнительно позволяет регулировать выходную мощность при питании переменной нагрузки. Благодаря ограничению выходного напряжения на определенном уровне исключается | езмерное сннжение времени для восстановления управляемое тн тиристоров и сохраняется работоспособность инвертора при переменной нагрузке, сопротивление которой может изменяться от нуля (короткое замыкание) до величин, значительно превышающих номинальную (перегрузка). Увеличение выходного напряжения позволяет получить равнуй мощность а цдгрузке при меньшем токе, что снижа|ёт потери в инверторе и повышает erq КПД. .

tl

Г9

3

J

Л

1

1В

19

Т

Фиг. 2

ИНВЕРТОР, содержащий ячейку, состоящую из подключенных через .сель фильтра к положительному входному выводу коммутирующего конденсатора и последовательной цепочки из коммутирующего дросселя и встречнопараллельно вкл1Ьченных тиристора и вентиля, связанных с выходными выводами, отличающийся тем, что, с целью увеличения выходного напряжения при одновременном повышении надежности при перегрузках, .он снабжен дополнительной идентичной ячейкой, подключенными к входньм выводам последовательно соединенными вспомогательным дросселем и конденсатором фильтра, двумя дополнительными .фильтровыми дросселями и последова.тельно соединенными дополнительным вентилем и нелинейным дросселем, включенными между общей т,очкой вспомогательного дросселя и конденсатора фильтра и точкой соединения вентилей второй ячейки с одЬим выходным выводом, причем анод дополнительного, вентиля соединен с катодом тиристора „ второй ячейки, соединенным через, 59 первый дополнительней .Фильтровой (Л дроссель с катодом тиристора первой ячейки, подключенным через второй (фильтровой дроссель к своему коммутирующему конденсатору, соединенному с конденсатором фильтра, отрицательнЕзм входным выводом и другим ,выходным выводом. О1 оо К) 4 IsD