Многоячейковый инвертор Советский патент 1986 года по МПК H02M7/515 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к силовой преобразовательной технике, и может быть использовано в ультразвуковых технологических установках и в установках для индуктивного нагрева.

Цель изобретения - повышение надежности за счет увеличения времени, представляемого тиристором для восстановления.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема трехячейкового полумостового последо вательного инвертора; на фиг. 2 - эпюры токов через тиристоры, тока на нагрузке, напряжения на коммутирующей индуктивности (основной и дополнительной) и напряжения на тиристорах; на фиг. 3 - принципиальная схема последовательного несимметричного трехячейкового инвертора; на фиг. 4 - схема двухячейкового последовательного инвертора.

Трехячейковый последовательный инвертор (фиг. 1) содержит тиристоры 1-6, основные части коммутирующего дросселя 7- 12, магнитосвязанные встречно с дополнительными его частями 13-18, включенные последовательно в цепь тиристоров каждого плеча полумоста, нагрузку 19, подключенную к общей точке коммутирующих конденсаторов 20-22 и к средней точке фильтровых конденсаторов 23-24, соедине} ных последовательно и включенных между входными выводами инвертора.

Инвертор в установившемся режиме работает следующим образом.

При работе инвертора тиристоры включаются в соответствии с их нумерацией после поступления управляющего импульса через тиристор протекает полуволна тока и в момент достижения тока тиристора половины нолупериода по времени отпирается очередной тиристор, формирующий полуволну тока противоположной полярности в нагрузке. За счет включения тиристоров через половину полуволны тока тиристоров, формирующих разные полярности на нагрузке, происходит не только уменьшение коммутационных потерь, увеличение частоты выходного напряжения и выходной мощности, но и появляется возможность увеличения времени, предоставляемого тиристорам на восстановление с помощью дополнительной индуктивности в цепи тиристоров, магнито- связанной встречно с основной коммутирующей индуктивностью соседней ячейки той же группы.

Работу инвертора и дополнительной части коммутирующего дросселя поясняют кривые (фиг. 2), построенные для чисто активной нагрузки. Предположим, что в момент времени То поступает импульс управления на управляющий электрод тиристора 1, последний отпирается под действием остаточного напряжения коммутирующего конденсатора 20, полярность которого показана на фиг. 1, а ток протекает по цепи: конденсатор 20 - нагрузка 19 - конден5

сатор 23 - основная часть коммутирующего дросселя 7 - дополнительная часть коммутируюп его дросселя 13 - тиристор

I- конденсатор 20. В момент времени Ti при достижении тока тиристора 1 половины полуцериода по времени отпирается очередной тиристор 2 и формирует ток по цепи: конденсатор 21 - тиристор 2 - основная часть коммутирующего дросселя 8 - дополнительная часть коммутирующего дрос0 селя 14 - конденсатор 24 - нагрузка 19 - конденсатор 21.

Во время протекания полуволны тока через тиристор 2 из-за перезаряда конденсатора 21 и падения напряжения на нагрузке 19 обратное напряжение на тиристоре 5 другого плеча полумоста ячейки нарастает в сторону прямого напряжения, но за счет магнитной связи между частя.ми дросселя

IIи 13 в обмотке части дросселя 11 индуцируется добавочное отрицательное обратQ нее напряжение в цепь отключенного тиристора 5, что препятствует дальнейшему изменению напряжения на тиристоре 5 в сторону прямого напряжения, тем самым увеличив длительность приложения обратного отрицательного напряжения, необходимое

5 для восстановления управляемости тиристора 5, т. е. переход напряжения на тиристоре 5 из области обратного к прямому напряжению через нулевую линию вместо момента Т2 (штриховой линией обозначена кривая обратного напряжения на тиристоре

0 5 без магнитной связи) происходит в момент Тз (сплоп ной линией обозначена кривая обратного напряжения на тиристоре 5 с магнитной связью между индуктивностя- ми), фиг. 2е).

При этом длительность приложения обратного напряжения к тиристору 5 увеличится на Т Тз-TZ- Далее в момент времени Т.1 при достижении половины полуволны тока но времени через тиристор 2 отпирается тиристор 3, образуя контур для фор- мирования полуволны тока по цепи: 3-22- 19-23-9-15-3, так как части дросселя 14 и 12 магнитосвязаны и вторая половина цолупериода тока через тиристор 2 совпадает по времени с первой половиной по5 лупериода тока через тиристор 3, то за счет отрицательного напряжения взаимоиндукции на индуктивности 12 длительность приложения обратного отрицательного напряжения к тиристору 6 также увеличивается. При достижении половины полуволны по

0 времени тока через тиристор 3 в момент времени Т отпирается тиристор 4, образуя контур для формирования полуволны тока по 4-10-16-24-19-20-4. При этом обратное напряжение приложенное к тиристору 1 должно нарастать в сторону прямо5 го напряжения, но за счет взаимоиндукции между донолните тьной частью коммутирующего дросселя 15 и основной частью коммутирующего дросселя 7, включенных встречно, к второй половине полупериода тока через тиристор 3 в о(/новной части коммутирующего дросселя 7 появляется отрицательное напряжение взаимоиндукции, которое компенсирует уменьшение величины обратного напряжения в сторону прямого напряжения и за счет чего увеличивает время на восстановление предоставляемое тиристору 1 от Тб до Ту т. е. на Т Т7б-Те.

Далее в момент времени Ts отпирается тиристор 5 и одновременно на основной части коммутирующего дросселя 8 напряжение взаимоиндукции из-за магнитной связи с дополнительной частью коммутирующего дросселя 16 препятствует уменьшению величины обратного напряжения и переходу к прямому положительному напряжению на тиристоре 2. Когда полуволна тока через тиристор 5 достигает половины в момент времени Тд управляюший импульс на отпирание подан тиристору 6 и за счет напряжения взаимоиндукции на основной коммутирующей индуктивности 9 увеличивается время, предоставляемое на восстановление тиристору 3.

Следующим управляющим импульсом в момент Тю отпирается тиристор 1. Напряжение взаимоиндукции на основной части коммутирующего дросселя 10 во время второй половины полуволны тока через тиристор б увеличивает время, предоставляемое на восстановление тиристора 4. В дальнейшем процесс в инверторе повторяется.

Изменяя величину магнитной связи основной и дополнительной частей можно регулировать момент перехода обратного напряжения через нуль.

Принцип подразделения коммутирующих дросселей на дополнительные 13-18, магни- тосвязанные встречно с соответствующими основными 7-12, с целью увеличения времени, предоставляемого тиристорам 1-6 на восстановление при отпирании их через половину полуволны тока, протекающего через тиристоры, может быть применен также для схемы последовательного несимметричного инвертора (фиг. 3).

Разделение коммутирующих дросселей на основную и дополнительную части с соответствующими встречными магнитными связями соседних ячеек можно распространить на все многоячейковые полумостовые и несимметричные схемы инверторов при отпи- ранни тиристоров через половину полупериода, протекающего через тиристоры.

Возможен вариант разделения коммутирующих дросселей на дополнительные и основные части и осуществление магнитной связи между ними в последовательных инверторах с четным количеством ячеек, в данном случае для двухячейкового инвертора (фиг. 4).

Формула изобретения

Многоячейковый инвертор, содержащий подключенные между входными выводами два последовательно соединенных плеча каждой ячейки, общая точка которых через собственный коммутирующий конденсатор соединена с выводом для подключения нагрузки, второй вывод которой образует общая точка конденсаторов фильтра, соединенных последовательно и включенных между входными выводами, причем каждое плечо выполнено в виде последовательной це- почки из тиристора и коммутирующего дросселя, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности за счет увеличения времени, предоставляемого тиристором для восстановления, коммутирующий дроссель разделен на основную и дополнительную части, причем каждая дополнительная часть дросселя каждой ячейки магнитосвязана встречно с основной частью дросселя соседней ячейки.

п п п п п п

t, t3

Фиг 2

JФигЛ

изобретение позволяет повысить надежность многоячейкового инвертора путем увеличения времени, представляемого тиристо+ffром для восстановления. В инверторе коммутирующий дроссель разделен на основные части 7-12 и дополнительные части 13-18, причем каждая дополнительная часть дросселя каждой ячейки магнитосвя- зана встречно с основной частью дросселя соседней ячейки. Изменяя величину магнитной связи основной и дополнительной частей, можно регулировать момент нерехода обратного напряжения через нуль. Подразделение коммутирующих дросселей на дополнительные части 13-18 с целью увеличения времени, предоставляемого тиристорам 1-6 на восстановление при отпирании их через половину полуволны тока, протекающего через тиристоры, может быть применено для схемы последовательного несимметричного инвертора. 4 ил. (О ел го о со О5 иг. f