Последовательный инвертор Советский патент 1993 года по МПК H02M7/515 

Изобретение относится к устройствам для преобразования постоянного тока в переменный с помощью тиристорных инверторов с последовательной коммутацией и может быть использовано в качестве источника питания для индукционного нагрева металлов, а при последующем выпрямлении и установке сглаживающих фильтров L или С , для регулирования и стабилизации тока или напряжения питания сварочной дуги, электронно-лучевых пушек, электродвигателей

Известен последовательный инвертор с пвумя источниками питания.

1Сл)

который содержит коммутирующий 1.СГОконтур, ключевые элементы, соединение этих элементов и источников

VJ питания мостового типа Недостатки ГО инвертора: несимметричный режим работы, регулирование только частотноiимпульсное, ограничение по величине сопротивления нагрузки.

Известен также последовательный . инвертор, содержащий четыре I.C-контура с тиристорами, связанных через диоды с источниками питайия, и четыре ключевых элемента в цепи нагрузки. Инвертор обеспечивает симметричную работу преобразователя, но сложен и не

позполпет регулировать выходной параметр, нагрузка лолжна быть индуктивного характера

Наиболее близким техническим решением к предложенному является последоЕзательный инпертор, содержащий метное число ячеек, в каждой из которых последовательно включены тиристор и дроссель, зашунтированные конденсатором, четное число диодов рекуперации j, соединенных попарно последовательно - согласно, общая точка соединения диодов подключена к одному выводу первичной обмотки трансформатора, второй вывод которой соединен со средней точкой двух последовательно-согласно соединенных источников питания, другие выводы источников питания, диодов рекуперации и конденсаторов соединены между собой, вентили по числу ячеек и блок управления. Инвертор характеризуется симметричным режимом работы и способностью регулировать выходной параметр

по способу ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНОЙ 1-1ОДУляции. Устойчивость инвертирования сохраняется при режимах от холостого хода до короткого замыкания Основным его недостатком является сложность, причем частота, реализуемая его схемой, ограничивается временем выключения тиристора, что, естественно, ограничивает его выходную мощность.

Целью изобретения является упрощение при одновременном повышении выходной мощности путем повышения частоты инвертирования о

,Пля достижения поставленной цели в последовательном инверторе, содержащем четное число ячеек, каждая из которых состоит и последовательно соединенных тиристора и дросселя, зашунтированных конденсатором, примем одна половина ячеек подключена к положительному выводу первого источника питания, а другая - к отрицательному выводу второго источника питания , соединенного согласно-последова тельно с nepBtiM источником, два поспедовательио соединенных диода рекуперации, по/ключенных к упомянутым выводам источников, точка сое.динения которых через первичную обмотку оыходного трансформатора соединена с точкой соединения указан- . ных диодов, а также обратные вентили по чиспу ячеек и блок управления, ячейки соединены попарно-последовательно, а каждый дроссель выполнен пвухобмоточным, причем дополнительные обмотки дросселей последовательно соединенных ячеек соединены согласно-последовательно и подключены общим выводом к точке соединения диодов рекуперации, а крайними выводами через обратные вентили - к соответствующим источников питания о

На фигЛ изображена схема последовательного инвертора с частотноимпульсным регулированием выходной мощности; на фиг„2 - схема последовательного инвертора с широтно-импульсным регулированием выходной мощности; на фиг.За-Зж приведены временные диаграммы токов i и напряжений U на элементах схем: на фиг„3а - временная диаграмма напряжения на тиристоре первой ячейки; на фиг„36 - временные диаграммы напряжений на конденсаторах; на - временная диаграмма тока через первичную обмотку дросселя; на фиг„3д - временная диаграмма напряжения на тиристоре второй ячейки; на - временная диаграмма выходного напряжения инвертора в режиме холостого хода, на - временная диаграмма выходного тока инвертора в режиме короткого замыкания„

Последовательный инвертор (фиГо1) содержит четное число ячеек 1, 2 состоящих из тиристоров 3, t и первичных обмоток 5, 6, дросселей 7, В, зашунтированных конденсаторами 9 Ю, диоды рекуперации 11, 12, соединенные попарно согласно-последовательно, общая точка соединения диодов 11, 12, подключена к одному выводу первичной обмотки трансформатора 13,- второй, вывод который соединен со средней точкой двух последовательно-согласно соединенных источников питания и 15. Другие выводы источников питания 1 и 15, диодов рекуперации 11, 12 и конденсаторов 9, 1.0 соединены между собой

В устройстве содержатся по числу ячеек обратные вентили 1б и, 17 Лроссель 7 снабжен дополнительной обмоткой 18, а дроссель Я - обмоткой 19, которые включены последовательно с соответствующими вентилями 1б, 17 и вместе подключены параллельно к диодам 11, 12 рекуперации, при этом свободные концы конденсаторов S), 10 сое.пинены между собой в ячейках 1 и 2, блок управления 20

Инвертор работает слелующим образом (схема фиГф)

Режим.холостого хода (вторичная обмотка трансформатора 13 разомкнута) о Напряжение на конденсаторе 9 равно

L

(и ,4,

5 W

Т.7

де и

величина напряжения .5Г точников питания lA, 15; V число витков дополнитель бной обмотки 10;

V число витков первичной

5 обмотки 5о

При поступлении запускающего импульса от блока управления 20 (фйг„1) на тиристор 3 в момент времени t( (фиГсЗа) тиристор 3 включается, напряжение на нем падает практически до нуля, происходит колебательный перезаряд конденсаторов 9, 10, напряжение U(, соответственно изменяется, как это показано на фигоЗбо Через, тиристор 3 и первичную обмотку 5 протекает ток i (фиг„ Зв), напряжение и на обмотке 5 соответствует кривой на фиГоЗг, напряжение U на тиристоре k соответствует кривой напряжения U (фиго Зд) и повторяет напряжение U (фиг. 36) конденсатора 10„

В момент времени t(г.-(фиГo За) ток i (фиго Зв) первичной обмотки 5 достигает максимума (фиГо Зв), напряжение и (фиГоЗг) становится равным нулю, запас магнитной энергии максимален

Лалее напряжение меняет знак. Такую же форму имеет напряжение И на обмотке 18, т о Ко она расположена на том же дросселе 7, что и обмотка 5, величина напря« ения U () на обмотке 18 больше по величине в

раз о Вентиль 1б заперт до момента

W 5времени t (фиГоЗа), когда напряжение и (фиг„ Зг) на обмотке 18 достигает значения U ,4 - 5 В момент времени t,, (фиг„За) вентиль 1б (фиг.1) открывается и накопленная в дросселе 7 магнитная энергия возвращается в источник питания по цепи: обмотка 18, вентиль 1б, источник lA, источник 15, диод рекуперации 12 Источники , 15 обладают малым внутренним сопротивлением и в период воз врата энергии в источник напряжение и (фиг„3г) сохраняется постоянным. Ток 1 (фиГоЗв) в тиристоре 3 и в обмотке 5 становится равным нулю

На первичной обмотке трансформатора 13 выделяется напряжение UH (фиг. Зе), равное по величине 1,5

0 (диоЛ рекуперации 12 открыт). Энергия, нпкопленнап дросселем 7, полностью возвращается в источники 1, 15 в момент времени t. (фиг. За) (мо5мент t определяется равенством ну

Чф лю i Udt, фиГо Зг)о В момент времени

(

t (фиг,За) поступает запускающий импульс на тиристор от блока управ0ления 20 и процессы в схеме повторяются, отличаясь только тем, что энергия накапливается в дросселе 8 (ячейка 2), а рекуперация энергии происходит по цепи: обмотка 19, диод

5 рекуперации 11, источник 1t, источник 15, вентиль 17, напряжение на первичной обмотке трансформатора 13 и (фиг.Зе), равное по величине.

В режиме короткого замыкания (вто0ричная обмотка трансформатора 13 замкнута накоротко) все происходит аналогичным образом, только рекуперация накопленной энергии-происходит на один из источников 1 или 15, что

5 вызывает уменьшение напряжения на конденсаторе 9 до величины

тт ЛЖ

, а на конденсаторе 10 I-VHS и 5

(ячейка 2) до 2 U

+ и,

М4И5

14 J 5

0

. --, ток (фиг« Зж) через трансфорW

13 имеет пилообразную форму, а время протекания полуволны тока примерно в два раза больше, чем время

5 приложения напряжения U (фиг, Зе) в режиме холостого хода о

Инвертор, выполненный по схеме фиг,1 обеспечивает регулирование мощности в нагрузке только по час0 тотно-импульсному способу

Удвоив число ячеек и каналов рекуперации, как это представлено на фиг„2, можно реализовать широтное импульсыый метод регулирования мощности в нагрузке Иа фиг;2 введены ячейки 21, 22, состоящие из тиристоров 23, 2t конденсаторов 25, 2б, дросселей 27, 28 с обмотками 29, 30

и дополнительными обмотками 31, 32, вентили 33,

При однонременном включении тиристоров 3, 23 и аналогичных процессах рассмотренных выше, энергия поступает в нагрузку через обмотки I8,31o Нторая полуволна выходного напряжения и„ (фиГо Зе) формируется тиристорами , 2| и энергия вводится в нагрузку 1,°-рез обмотки 19, 32 Ланный режим соответствует максимальному значению мощности в нагрузке

При одновременном включении тиристоров 3, 2 или , 23 (ячейки 2 и З) токи нагрузки вычитаются и выходная мощность равна нулю

Посредством изменения величины сдвига фаз между импульсами запуска от блока 20 достигаются промежуточные значения выходной мощности

Достоинства предлагаемых схем имверторов:

схема фиГо1 - простота, нет необходимости вволить элементы, снижающие значения скорости нарастания тока и напряжения на тиристорах, дроссели ограничивают первое, а конденсаторы - второе, в интервале отдачи энергии в нагрузку к тиристору прикладывается обратное напряжение, этот интервал составляет 20-30 мкс, что определяет выходную частоту в нагрузке (20-25 кГц), в момент включения тиристора обратное значение обратного напряжения невелико, что снижает мощность потерь в тиристоре при выключениио

Схема фиГс,2 позволяет выполнять регулирование мощности по широтноимпульсному способу„

JJ

Ю

f Ф

т

i /5 f

аг.2

ПОСЛЕЛОВАТЕЛЬНЫЙ ИНВЕРТОР, содержащий четное число ячеек, каждая из которых состоит из последовательно соединенных тиристора и дросселя, зашунтированных конденсатором, причем одна половина ячеек подключена к положительному выводу первого источника питания, а другая половина - к отрицательному выводу второго источника питания, соединенного согласно-последовательно с первым источником, два последовательно соединенных диода рекуперации. подключенных к упомянутым выводам источников, точка соединения которых черед первичную обмотку выходного трансформатора соединена с точкой соединения указанных диодов, а также обратные вентили по ячеек и блок управления, отличаю- щ и и с я тем, что, с целью упрощения при одновременном повышении выходной мощности путем повышения частоты инвертирования, ячейки соединены попарно-последовательно, а каждый дроссель выполнен двухобмоточным, причем дополнительные обмотки дросселей последовательно соединенных ячеек соединены согласно-последовательно и подключены общим выводом к СО точке соединения диодов рекуперации, а крайними выводами через обратные с вентили - к соответствующим выводам источников питания о