Последовательный инвертор для питания секционированной нагрузки Советский патент 1985 года по МПК H02M7/515 

Изобретение, относится к преобразовательной, текнике с применением пплупроводниковых вентилей и предназначено для необратимого преобразования энергии постоянного тока на входе в энергию переменного тока высокой частоты на выходе, а также может найти применение для питания током высокой частоты однофазной переменной нагрузки, например, индук ционной нагревательной установки или магнитострикционных преобразователей Известен последовательный автономньй инвертор, содержащий подключенные через дроссели фильтра к входным зажимам два вентильных моста с коммутирующими конденсатором и дросселями, подключенные параллельно мостам последовательные цепи из общей нагрузки (активно-индуктивная нагрузка, защунтированная компенсирующим конденсатором) и двух цепей сбответствующих разделительных (фильтровых) конденсаторов, а также двух цепей диодов обратного тока для ограничения выходного напряжения на нагрузке, причем в вентильных инвертирующих мостах параллельно тиристорам подключены встречно-параллельные вентили lj . В таком инверторе выходное напряжение по аг плитуде может быть ограничено на уровне 0,5-0,7 от напряжения источника питания, что обеспечивает надежную;его работу при переменной нагрузке. Выходное напряжение сравнительно низкое, что является недостатком инвертора и ограничивает область его применения. Известен также последовательный инвертор, содержащий два вентильных инвертирующих моста с ког4му,тирующим конденсатором и дросселями. Тиристор мостов защунтированы встречно-параллельными вентилями. Аноды тиристоров каждого моста связаны через дроссели с выводом фильтрового конденсатора и положительным зажимом источника питания, а катоды тиристоров мостов соединены с крайними выводами двух последовательно соединных компенсирующих конденсаторов, общая точка котЬрых соединена с противоположным вьгеодом фильтрового конденсатора. Активно-индуктивная нагрузка подклю чена к выходным зажимам, к крайним выводам конпенсирующих конденсаторов Н . Инвертор может иметь в два раза более высокое напряжение, но не имеет цепей для ограничения выходного напряжения и потому не может быть использован дляпитания резко переменной нагрузки, что является его недостатком. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является последовательный автономный инвертор, содержащий связанные с входными выводами через дроссели фильтра четыре вентильных моста с коммутирующими LC-контурами в диагонали переменного тока, четыре компенсирующих конденсатора, соединенных в одну последовательную цепь, крайние выводы которой,образуют.выходные выводы инвертора, каждый вентильный мост, однотипно защунтирован соответствующей цепью из последовательно соединенных компенсирующего конденсатора, и связанного с ним фильтрового кон-, денсатора. причем каждые два последовательно соединенньгх компенсирующих конденсатора совместно с одним из фильтровых конденсаторов зашунтированы/ соответствующей последовательной цепочкой, состоящей из дросселя насьщ5ения и обратного вентиля. Активноиндуктивная нагрузка например индуктор индукционной нагревательной ус тановки, включен между вьтходными выводами инвертора, т.е. параллельно цепи из последовательно соединенных компенсирующих конденсаторов образуя совместно с этими компенсирующими конденсаторами резонансный нагрузочный колебательньй контур. В таком инверторе при равенстве величин всех компенсирующих конденсаторов достигается равномерность загрузки всех вен тильных мостов независимо от того,равномерно или нет загружен,например индуктор индукционной плавильной печи 3| Недостаток известного инвертора состоит в TOMj что в нем использовано большое количество рекуперирун щих цепей и последовательно соединенных компенсирующих конденсаторов, что существенно усложняет как конструкцию нагрузочного контура инвертора, так и подбор необходш 1ой величины компенсирующей емкости при настройке на V заданную частоту. : Целью изобретения является упрощение схемы соедийений последователь- ного инвертора. Поставленная цель достигается те что в последовательном инверторе для питаниясекционированной нагруз содержащем подключенные к положитель ному входному выводу через соответствующие дроссели фильтра четыре вентильных моста с коммутирующими 1,С-контурами в диагоналях переменного тока, фильтровые конденсаторы, .соединенные первыми обкладками с анодными выводами соответствующих мостов, катодный вывод первого из которых подключен к первому крайнему выводу для подключения нагрузки, зашуктированной компенсирующим емкостным элементом причем оба кра них вывода соединены с соответствую щими двумя последовательнь1ми цепочками, каждая, из которых состоит из обратного вентиля и дросселя насьпце кия, а катодный вывод второго моста соединен с второй обкладкой первого фильтрового конденсатора, а также подключенный к отрицательному входн му выводу пополнительный дроссель фнлЫра, анодные выводы второго и третьего мостов соединены со свобод ными выводами последовательных цепо чек, общим дросселем фильтра и первой обкладкой общего фильтрового . конденсатора, а вторые обкладки всех трех фильтровых конденсаторов подключены к соответствующим промеж точным выводам для подключения секций цепи нагрузки, причем средний промежуточный вывод подключен к дополнительному дросселю фильтра, катодньй вывод третьего моста соеди нен с второй обкладкой третьего фильтрового конденсатора, а катодны вывод четвертого моста - с вторым крайним выводом для подключения цеп нагрузки. На фиг. 1 и -2 представлены варианты схем устройства. Устройство содержит вентильные . мосты 1-4, состоящие из тиристоров 5-8 и встречно-параллельных вентиле 9-12. В диагональ переменного тока этих мостов включены последовательн соединенные коммутирующие конденсатор 13 и дроссель 14, а последовательно с мостом - дроссель 15. Анодные вывбды мостов 1,2 и 3,4 присоединены к первым обкладкам соответствующих фильтровых конденса торов 16-18 и через дроссели 19-21 j фильтра присоединены к положительном выводу иинертора. Втопые вывоиы мостов 2 и 3 присоед 1 рны соответственно к вторым обкладкам конденсаторов 16 и 18. К отрицательному входному выводу, подключен дополнительный дроссель фильтра 22 Последовательные цепи из вентилей 23 и 24 и дросселей 23 и 26 насыщения соединены с фильтровым конденсатором 17, соединенным с дрос- селем 20. Нагрузка 27 состоит из .секций 28-31. а компенсирующий конденсатор 32 подключен к крайним выводам активно-индуктивной нагрузки 27. Инвертор работает следующргм образом. Тиристоры мостов 1,2 и 3,4 отпиршотся попарно поочередно. Сначала отпираются, например, тиристоры 5 и 8 в мостах 1. и 2. При этом через эти тиристоры в колебательном протекает импульс высокочастотного тока по цепи: конденсатор 17 - мост 2 - конденсатор .16 - мост 1 - секции 28 и 29 - конденсатор 17. Внутри мостов ток протекает по цепи: тири-. стор 5 - дроссель 14 - конденсатор 13 - тиристор 8. При равном падении напряжения на участках 28 и 29 нагрузки вентильные мосты 1 и 2 по режиму работы находятся в одинаковых условиях. После окончания и пульса тока через тиристоры в мостах 1 и 2 начинают проводить ток встречно-параллельные вентили 9 и 12 по той же цепи, но 3 обратную сторону. При этом частично разряжаются конденсаторы 13, что исключает переиапряЛение в схеме при изменении сопротивления нагрузки от нуля до некоторой иоминальной величины. Одновременно после прекращения импульса тока через тирксторы мостов 1 и 2 отпираются очередные тиристоры, например тиристоры 5 и 8 мостов 3 и 4, через них протекает импульс тока подцепи: конденсатор 17 - мост 3 конденсатор 18 - мост 4 -секции 31 и 30 - конденсатор 17. В нагрузке.27 ток тиристоров мостов 3 и 4 совпадает по направлению с током вентилей мостов 1 и 2 . При этом общее нап15яжение на всей нагрузке равно сугме напряжений на всех секциях 28-31. После окончания импульса тока через тиристоры мостов 3 и 4 в них начинает протекать ймп5льс тока через встречно-параллельные вентили 9 и 12 о той же цепи, но. в обратную сторону. 51 Одновременно после окончания тока через тириаторы мостов 3 и 4 отпираются очередные тиристоры 6 и 7 мостов 1 и 2 и I через них протекает импульс тока по цепи: конденсатор 17 мост , 2 - конденсатор 16 - мост 1 секции 28 и .29 - конденсатор 17, При этом внутри мостов ток протекает по цепи: тиристор 6 - конденсатор 13 дроссель 14-- тиристор 7. В нагрузке 27 ток тиристоров мостов 1, и 2 снова совпадает по направлению с током вентилей моста 3 и 4, но течет в другую сторону, т.е. снова меняет свое г правление5 является переменным. После прекращения импульса тока через эти тиристоры проводят- импyJ ьc тока встречно-параллельные вентили 10 и 11 этих же мостов. Одновременно проводят ток очередные.тиристоры 6 и 7 мостов 3 и 4. Затем проводят импульс тока встречно-параллельные вентили 10 и 11 этик мостов. Одновременно снова отпираются очередные тиристоры 5 и 8 мостов 1 и 2 и процесс повторяется аналогично. При этом через нагруз1 :у протекает ток переменнвтй высоко-частотный, возбуждающий высокочастотные колебания в нагрузочном контуре из элементов . При этом, как тольк суммарное амплитудное напряжение на частях 29 и 29 или 30 и 31 нагрузки превьшает величину напряжения на фильтровом конденсаторе 17, начинают 86 проводить ток цепи из элементов 23 и 25 или 24 и 26. Благодаря возврату избыточного реактивного тока из цепи нагрузки в цепь источника величина суммарных напряжений на секциях 28 и 39 или 30 и 31 нагрузки ограничивается на допустимом уровне 1-1,4 от напряжения источника питания (уровень ограничения зависит от свойств нелинейных насьщающихся дросселей 25 и 26). При этом обеспе чивается надежная, устойчивая работа инвертора и резко переменной нагрузке когда ее сопротивление может измениться от нуля (короткое замыкание в цепи нагрузки) до бесконечности (что соответствует, например, пустому индуктору индукционной нагревательной установки). На схеме (фиг. 2) вместо одного применено два последовательно соеди- :. ненных компенсирующих конденсатора, общая точка которых соединена со средней точкой активно-индуктивной нагрузки. Такое соединение может оказаться полезным при питании, например, длинных индукторов нагревательных установок для стальных профилей (заготовок). Можно регулировать степень и скорость нагрева заготовки при ее движении в начале и в конце индуктора, изменяя величину емкости первого или второго компенсирующего конденсатора.

Фиг. 2

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ-ИНВЕРТОР ДЛЯ ПИТАНИЯ СЕКЦИОНИРОВАННОЙ НАГРУЗКИ, содержащий подключенные к положительному входному вьгооду через соответствующие дроссели фильтра четыре вентильных моста с коммутирующими LС-контурами в диагоналях переменного тока, .фильтровые конденсаторы, соединенные первыми обкладками с анодными выводами соответствующих мостов, катодный вывод первого из которых подключен к первому крайнему выводу .для подключения цепи нагрузки, зашунтированной компенсиру ощим емкостным эле- ментом, причем оба крайних вывода соединены с соответствующими двумя последовательными цепочками, каждая из которых состоит из обратного вентиля и дросселя насыщения, а катодный вывод второго моста- соединен с второй обкладкой первого фильтрового конденсатора, а также подключенный к отрицательному входному выводу дополнительный -дроссель фильтра, отличающийся тем, что, с целью упрощения, анодные выводы второго и третьего мостов соединены со свободными выводами последовательных цепочек, общим дросселем фильтра и первой обкладкой общего фильтрового конденсатора, а вторые обкладки всех трех фильтровых конденсаторов подключены к соответствующим промежуточным выводам для подключения секций, цепи нагрузки, причем средний промежуточный вывод подключен к дополнительному дросселю фильтра э катодный СА 00 вывод третьего моста соединен с второй обкладкой третьего фильтрового конденсатора, а катодный вывод четвертого моста - с вторым крайним ЭО выводом для подключения цепинагрузки.