Инвертор Советский патент 1986 года по МПК H02M7/515 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразовательной технике, и может быть использовано в преобразователях с большой кратностью изменения нагрузки, напри мер при сварочных работах.

Цель изобретения - минимизировани потерь энергии в инверторе.

На фиг,1 изображена схема соединения инвертора, содержащего средство ограничения напряжения; на фиг.2 - схема соединения контура управления, предназначенного для использования совместно с инвертором; на фиг.З и 4 - кривые напряжения - время и ток - время, получающееся при нормальной работе инвертора и при работе с малыми нагрузками, если не предусмотрено средство ограничения напряжения; на фиг. 5 - кривые напряжения - время и ток - время, получающееся при работе инвертора при малой нагрузке, снабженного средством ограничения напряжения; на ф|ИГ.6 и 7 - модификации средства ограничения напряжения; на фиг.З - кривые напряжения - время и ток - время, получающееся при работе преобразователя при малой нагрузке и снабженного средством ограничения напряжения.

Инвертор (фиг.1) подключают к источнику питания трехфазным переменным током. Входной ток выпрямляется шестью элементами выпрямителя 1, причем выпрямленное выходное напряжение на° входных выводах 2 и 3 выравнивается буферным конденсатором 4, и преобразователь имеет низкое входное полное сопротивление ствие близкого расположения элемен- тов 1-4. Коммутационные элементы инвертора представляют собой тиристоры 5 и 6, включающиеся поочередно. Трансформатор 7 преобразователя частоты имеет первичную обмотку 8, сое- диненную с нагрузочными конденсаторами 9 и 10, и вторичную обмотку 11, соединенную с выходными выводами 12 и 13 через вьтрямительный мост 14 и дроссель 15. Два конца нагрузки (дер жавка сварочного электрода и свариваемое изделие) могут присоединяться к выводам 12 и 13. Между выводами 12 и 13 установлен конденсатор 16, который при использовании инвертора в качестве источника сварочного тока может служить для поддержания требуемого напряжения разомкнутого контура

Шунт 17 предусмотрен для измерения тока нагрузки, причем снятое с шунта напряжение используется для управле- - ния преобразователем .частоты.

В контуре управления (фиг.2) один конец шунта 17 заземлен, а другой соединен с усилителем 18, который усиливает сигнал, снятый с шунта, от м лливoльт до вольт. Усилитель 18 соединен через сопротивление 19 сравнения с устройством регулировки тока в виде потенциометра 20 с усилителем 21, который является детектором уровня. Регулирующее ток устройство 22 предназначено для установки требуемого тока на выходе инвертора. Установка требуемого максимального выходного напряжения инвертора обеспечивается устройством регулировки напряжения в виде потенциометра, соединенного через сопротив- пение 23 сравнения с выводом 13 инвертора и усилителем 24, служащим в качестве детектора уровня.

Управление состоянием тиристоров ,5 и 6 обеспечивается чувствительным контуром, содержащим трансформатор 25, первичная обмотка которого соединена через диоды 26 и 27 с анодами (диоды) и катодами (обмотки) тиристоров 5 и 6 соответственно. Один конец вторичной обмотки трансформатора 25 заземлен, другой соединен с контуром сравнения, соедержащем два резистора 28 и 29, причем резистор 29 одним концом соединен с источником постоянного отрицательного напряжения. Общая точка резисторов 28 и 29 соединена с усилителем 30, который служит в качестве детектора уровня и порог срабатывания которого определяется резисторами 28 и 29 и напряжением источника отрицательного напряжения. Каждый из усилителей 21, 24 и 30 соединен с соответствующим выводом 31 - 33 вентиля 34. Элемент 35 работает известньп-1 образом и может обеспечить выходной сигнал, если выходной сигнал с усилителя 21; если от усилителей 24 и 30 - положительный, т.е. когда ток нагрузки, измеренньй шунтом 17, меньше величины, на которую установлено регулирующее устройство 22 (нагрузочное напряжение на выводе 13 меньше величины, установленной на регулирующем устройстве напряжения, а анодное напряжение одного из тиристоров 5 или 6 отрицательно относительно его катода, что в свою очередь

означает, что оба тиристора 5 и 6 закрыты).

Выход вентиля 34 соединен с входом моностабильного триггера 36, который имеет заданный период.импульса, соответствующий времени восстановления тиристоров 5 и 6, например 30 мкс. Таким образом на инверсном выходе триггера 36 получают импульс положи- :тельного напряжения с периодом времени восстановления тиристоров 5 и 6. Импульс подается на триггерный вход Т триггера 37, в результате чего триггер 37 меняет состояние на его выходах в конце импульса, поступающего ,с триггера 36. Прямой и инверсный выходы триггера 37 соответственно соединены с базами транзисторов 38 и 39 через конденсаторы 40 и 41. Эмиттеры транзисторов 38 и 39 заземлены, а коллекторы соединены с первичными обмотками трансформаторов 42 и 43 возбуждения управляющих выводов тиристоров 5 и 6. Другие концы первичных обмоток трансформаторов 42 и 43 подсоединены к источнику с заданным положительным потенциалом. Сигналы с выходов триггера 37 поочередно подаются на транзисторы 38 и 39, проходя через конденсаторы 40 и 41 за короткий период времени, определяемый конденсаторами 40 и 41, с тем, что- ,бы тиристоры 5 и 6 поочередно получали короткий импульс включения и поочередно, переключаясь, создавали переменный ток, частота которого определяется входными сигналами на входах 31-33 вентиля 34.

На фиг.З показаны напряжения UA6, U10 соответственно на аноде

тиристора бив общей точке конденсаторов 9 и 10, а также напряжение U8 на первичной обмотке 8 трансформатора 7 при н ормальной нагрузке на выходе инвертора. На фиг.З также показан выходной ток I,s, выходные токи Lg, (последний показан пунктирными линиями) тиристоров 5 и 6; t - момент времени, когда тиристор 5 открыт, tj - момент времени, когда тиристор 5 обесточен и напряжение между его анодом и катодом возникает за счет действия резонансного контура - первичной обмотки 8 трансформатора 7 и конденсаторов 9 и 10; tj - момент времени, когда включен тиристор 6, t,, - момент времени, когда тиристор 6 обесточен и его анод становится ртрицательным в результате

10

15

20

25

2238504

действия резонансного контура 8-10, tj - момент времени, когда тиристор 5 вторично включается, после чего цикл повторяется, обеспечивая то, что нагрузка остается, в основном, неизменной.

На фиг.4 представлены кривые тока и напряжения, когда выходной ток инвертора мал и /или выходное напряжение высоко.

Очевидно, что когда выходной ток мал, для перезарядки нагрузочных конденсаторов 9 и 10 требуется длительный промежуток времени. Это приводит к насыщению трансформатора 7 и возникновению на нем токовых перегрузок (показано пиками задних фронтов форм волны, изображающих токи Ij, Ig). Такое насьпцение также вызывает выброс напряжения U 8, создавая высокое напряжение UA6 на конденсаторах

9и 10, при ближайшем последующем импульсе (tj) дальнейший выброс трансформаторного напряжения еще больше нарастает, благодаря чему возникает лавинный эффект для напряжений UA6, U10, U8, приводя к разрушению элемента инвертора из-за перенапряжения. Чтобы этого избежать, инвертор снабжают средством, ограничиваюпчим напряжение между первичной обмоткой трансформатора 7 и нагрузочными конденсаторами 9 и 10 до заданной величины вьше напряжения на входных прово- , дах 2 и 3.

Средство ограничения напряжения (фиг.1) содержит два контура, которые включают в себя, соответственно, опорные диоды 44 и 45, защитные резисторы 46 и 47, ограничивающие токи, и диоды 48 и 49, блокирующие ток в прямом направлении опорных диодов. Запиракядее напряжение опорных диодов 44 и 45 подбирают таким образом, чтобы оно было несколько ниже наивысшего напряжения, при котором напряжение . U10 в общей точке конденсаторов 9 и

10может превьш1ать питающее напряжение на выводах 2 и 3.

Таким образом, когда напряжение 50 U10 превышает напряжение на выводе 2 или кратковременно падает ниже напряжения на выводе 3 на величину, соответствующую запирающему напряжению опорных диодов 44 и 45, ток может 55 протекать по контуру 46, 44 и 48 к шине 2 и с противоположной полярностью в общей точке конденсаторов 9 и 10 потечет по контуру 47, 45 и 49 от

30

35

40

45

шины 3. Опорные диоды 44 и 45 могут быть заменены варисторами 50 и 51.

Согласно другому варианту исполнения контура ограничения напряжения (фиг.1) резисторы 46 и 47 заменяют , одним резистором 52. Опорные диоды 44 и 45 соединены встречно-последовательно, а диоды 48 и 49 установлены аналогично описанному. Кроме того (показано пунктиром), опорные диоды 44 и 45 могут быть заменены одним варистором 53. Как показано пунктирной линией 54 на фиг.1, 6 и 7, контуры ограничения напряжения могут, как вариант, быть подсоединены к части первичной обмотки 8 трансформатора 7.

Когда применяется любой из защитных контуров (фиг.1 и 6), формы волн напряжения и тока получаются при малой нагрузке, т.е. малый выходной ток и/или высокое выходное напряжение на выходных выводах преобразователя частоты. Напряжение U10 не рас- тет лавинообразно (фиг.5), а ограничено одной величиной, которая превышает напряжение на шине 2 или 3 на величину, соответствующую запирающему напряжению опорных диодов 44 и 45 за исключением относительно небольшого и непродолжительного пика напряжения, который создается благодаря падению напряжения на соответствующем защитном резисторе 46, 47 или 52. Таким образом, импульсы тока и напряжения не Изменяются во времени лавинообразно, как показано на фиг.4.

Средство ограничения напряжения (фиг.7) содержит два контура, каждый из которых имеет диод 48 или 49 и тиристор 55 или 56. В контуры таюке входит обпщй токоограничительный резистор 57. Каждый из тиристоров 55 И.ПИ 56 связан с цепью запуска, содер-

жащей токоограничительньгй резистор 58 или 59 и опорньй диод 60 или 61. Опорные диоды 60 и 61 могут быть заменены варисторами.

Запирающее напряжение опорных диодов подбирают таким оразом, чтобы оно бьшо несколько ниже максимальног напряжения, на которое напряжение U10 в общей точке конденсаторов 9 и 10 может превышать питающее напряжение на выводах 2 и 3. Таким образом, когда напряжение в этой точке превышает напряжение на шине 2 или падает несколько ниже напряжения на шине 3 на вел1-1чину, соответствующую запирающему напряжению опорных диодов 60 и 61, тиристор 55 или 56 включатся, ток может течь из указанной точки по контуру 57, 55 и 48 к шине 2 и с противоположной полярностью в общей точке конденсаторов 9 и 10 может течь по контуру 57, 56 и 49 к iOMHe 13.

Когда используется защитный контур (фиг.7), формы волн напряжения и тока (фиг.8) получаются при малой нагрузке, т.е. при малом выходном токе и/или высоком выходном напряжении на выходных выводах инвертора.Напряжение U10 в общей точке конденсаторов 9 и 10 не растет лавинообразно (фиг.8), а ограничено величиной, которая пре- вьш1ает напряжение на выводах 2 или 3 на величину, соответствующую запирающему напряжению опорных диодов 60 и 61, за исключением относительно небольшого и непродолжительного пика напряжения, который создается благодаря падению напряжения на общем защитном резисторе 57. Таким образом, импульсы тока и напряжения не изменяются во времени лавинообразно, как показано на фиг.4,

П

Щ

t,ttt,f4

Фtf.J

tid

4

6 tu

Фиг А

tstid

а

%

0

/ f,. t.

ию

tid

tt h

tm

t, tj

tid

t, t, tj t tstot

И И и

t, tt t, tt tstid

фиг. 5

48

J

фиг. 6

8 55

56

фиг. 7

I

-4t t,

фиг. 8

.J

Ш

Составитель В.Авдеев Редактор А.Шишкина Техред и. Верес Корректор В,Бутяга

Заказ 1728/62 Тираж 631Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г.Ужгород, ул.Проектная, 4