Автономный последовательный инвертор Советский патент 1984 года по МПК H02M7/515 

Изобретение относится к вентильной преобразовательной технике и может быть использовано при разработке генераторов для питания ультразвуковых электротехнических установок.

Известна схема инвертора, в которой с целью снижения коммутационных перенапряжений и повышения предельной частоты выходного напряжения коммутирующая индуктивность и нагруз ка включены последовательно в рассеч ку фильтрового конденсатора и введены дополнительные фильтровые конденсаторы и вентили, обеспечивающие рекуперацию излишней энергии, запасенной в контуре коммутации, обратно в фильтр за счет отсечки второй полуволны напряжения на коммутирующей индуктивности и нагрузке 11.

Однако односторонняя нагрузка токами контура коммутации приводит к значительной несинусоидальности выходного напряжения, что увеличивает потери в нагрузке за счет высших гармоник.

Известна также схема инвертора, содержащая две группы по три полумоста, собранные попарно по несимметричной схеме с общим коммутирующим конденсатором в каждой паре, причем полумосты первой группы подключены к фильтровым конденсаторам, а второй - минуя эти конденсаторы, к нагрузке 23.

Однако данная схема содержит большое количество тиристоров, что приводит к снижению показателей загрузки высокочастотного оборудования и существенно усложняет систему управления.

Наиболее близким к изобретению является инвертор, содержащий два соединенных последовательно фильтровых конденсатора, подключенных через фильтровые дроссели к источнику питания, три полумост а, каждый из которых состоит из соединенных согллсно-последовательно тиристоров, крайние выводы которых подкхпочены через коммутирукндие дроссели к крайним выводам фильтровых конденсаторов а средние выводы - через коммутирую1дие конденсаторы к первому выводу первичной обмотки выходного трансДорматора 1.31.

Недостатками известного инвертора являются возникновение перенапряжений и ухудшение условий восстановления управляемости тиристоров при работе на нагрузку, параметры которой изменяются в широких пределах.

Цель изобретения - снижение коммутационных перенапряжений, улучшение условий восстановления управляемости тиристоров и массогабаритных показателей.

Для достижения поставленной цели автономный последовательный инвертор содержащий подключенные к входным выводам через фильтровые дроссели два последовательно соединенных конденсатора фильтра и три полумостовых ячейки, вывод переменного тока каждой из которых через соответствующий коммутирующий конденсатор соединен с первым выводом первичной обмотки выходного трансформатора, а каждое плечо состоит из тиристора и коммутирующего дросселя, причем второй вывод первичной обмотки соединен с общей точкой двух указанных конденсаторов фильтра, снабжен шестью дополнительными фильтровыми конденсаторами, двумя последовательно соединенными обратными вентилями подключенными параллельно фильтровым конденсаторам, и шестью включенными попарно последовательно вентилями, точки соединения которых подключены к первому выводу первичной обмотки выходного трансформатора, соединенному с введенной дополнительной секцией первичной обмотки последнего, а крайние вьгооды указанных вентилей через дополнительные фильтровые конденсаторы подключены к- точкам соединения тиристоров с коммутирующими дросселями, соединенными с фильтровьми дросселями, а через введенные дополнительные коммутирующие дроссели - к крайним выводам фильтровых конденсаторов, причем крайний вывод дополнительной секции обмотки соединен с общей точкой двух обратных вентилей.

Кроме того, коммутирующие дроссели и дополнительные дроссели, подключенные к одному и тому же дополнительному фильтровому конденсатору, выполнены попарно магнитосвязан«ыми.

На чертеже изображена схема устройства.

Инвертор содержит фильтров1да дроссели 1 и 2, фильтровые конденсаторы 3 и 4, нагрузку 5, подключенную к вторичной обмотке 6 выходного транс31

форматора с первичной обмоткой 7, обратные вентили 8 и 9, коммутирую|Щие дроссели 10-15, соединенные с ти ристорами 16-21, подключенными к коммутирующим конденсаторам 22-24, и дополнительные коммутирующие дроссели 25-30, соединенные с дополнительными фильтровыми конденсаторами 31-36 и вентилями 37-42.

Инвертор работает следующим образом.

От входного источника через фильтровые дроссели 1 и 2 заряжаются фильтровые конденсаторы 3 и 4 до половины напряжения питания и дополнительные фильтровые конденсаторы 3136до напряжения питания. При отпирании тиристора 16 импульс тока протекает по цепям тиристор 16 - коммутирующий конденсатор 22 - обмотка 7, параллельно конденсатору 3 - дроссель 10 и конденсатор 4 - дроссель 25 - конденсатор 31, снова тиристор 16 и одновременно в выходном контуре После того, как суммарное напряжение на дросселе 10 и обмотке 7 окажется выше суммарного напряжения на конден саторах 3 и 31, а суммарное напряжение на дросселе 25 и обмотке 7 вьше напряжения на конденсаторе 4, вентиль 37 открьшается, и избыточная энергия, запасенная в контуре коммутации, расходуется частично на подзаряд конденсаторов 4 и 31 и частично в нагрузке 5 по контурам дроссель 10 - конденсатор 31 - вентиль

37- обмотка 7 - конденсатор 3 дроссель 10 и дроссель 25 - вентиль 37 - обмотка 7 - конденсатор 4 дроссель 25. При этом ток в контуре коммутации быстро прекращается, обес печивая тем самым ограничение перенапрйжений. Если в описанном интервале напряжение на обмотке 7 с дополнительной секцией вьше напряжения на конденсаторе 3,. открывается вентиль 8 и ток протекает в контуре обмотка 7 - вентиль 8 - конденсатор 3 обмотка 7, обеспечивая ограничение напряжения на нагрузке. Следующим тактовым импульсом отпирается тиристор 19, и близкий по форме к синусо151824

идальному импульс тока протекает по цепям тиристор 19 - дроссель 13 конденсатор 4 - обмотка 7 - конденсатор 23 - тиристор 19 и одновремен5 но тиристор 19 - конденсатор 34 дроссель 28 - конденсатор 3 - обмотка 7 - конденсатор 23 - тиристор 19. Одновременно в выходном контуре протекает импульс тока той же

О амплитуды, что и во время предьщущего такта, но противоположной полярности. После того, как напряжение на вентиле 40 примет положительное зна 1ение, ток рекуперации излишней

15 энергии протекает по контурам дроссель 13 - конденсатор 4 - обмотка 7 вентиль 40 - конденсатор 34 - дроссель 13 и дроссель 28 - конденсатор 3 - обмотка 7 - вентиль 40 - дрос сель 28, а ток в контуре коммутации быстро прекращается. Если в описанном интервале времени напряжение на вентиле 9 примет положительное значение, он открывается и протекает ток ограничения напряжения на нагрузке по контуру обмотка 7 - конденсатор 4 - вентиль 9 --обмотка 7. Далее импульсы управления подаются на тиристоры в следующей последователь30 ности: 20, 17, 18, 21. Процесс в контурах, связанных с зтими тиристорами, протекает аналогично. В следующем такте импульс управления снова поступает на тиристор 16, и процессы

5 в схеме повторяются.

Инвертор может содержать любое нечетное число полумостов. Поочередное протекание тока через обмотку 7 обеспечивает на выходе инвертора на0 пряжение близкое по форме к синусоидальному. Введение магнитной связи между работающими одновременно коммутирующими дросселями не влияет на процессы в схеме, но позволяет

5 снизить габариты и вес этих дросселей.

Таким образом, при работе на переменную нагрузку в данной схеме CQ обеспечивается снижение коммутационных перенапряжений, улучшаются условия восстановления тиристоров.

1. АВТОНОМНЫЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ ИНВЕРТОР, содержащий подключенные к входным выводам через фильтровые дроссели два последовательно соединенных фильтровых конденсатора фильтра и три полумостовых ячейки, вьгеод переменного тока каждой из которых через соответствующий коммутирующий конденсатор соединен с первым выводом первичной обмотки выходного трансформатора, а каждое плечо состоит из тиристора и коммутирующего дросселя, причем второй вывод первичной обмотки соединен с общей ,: точкой двух указанных конденсаторов фильтра, отличающийся тем, что, с целью снижения перенапряжений и улучшения условий восстановления управляемости тиристоров, он снабженшестью дополнительными фильтровыми конденсаторами, двумя последовательно соединенными обратными вентилями, подключенными параллельно фильтровым конденсаторам, и шестью включенньп и попарно последовательно вентилями, точки соединения которых подключены к первому выводу первичной обмотки выходного трансформатора, соединенному с введенной дополнительной секцией первичной об-, мотки последнего, а крайние выводы Ф указанных вентШ1ей через дополни- . тельные фильтровые конденсаторы подключены к точкам соединения тиристоров с коммутирующими дросселями, соединенными с фильтровыми дросселями, § а через введенные дополнительные коммутирующие дроссели - к крайним выводам фильтровых конденсаторов, причем .крайний вывод дополнительной секции обмотки соединен с общей точш кой двух обратных вентилей. 2. Инвертор по п. 1, отличах ющийся тем, что, с целью улуч о массогабаритных показателей, коммутирующие дроссели и дополнитель ные дррссели, подкл;&ченные к одному и тому же дополнительному фильтровому конденсатору, выполнены попарно магнитосвя з анными.