Последовательный инвертор Советский патент 1987 года по МПК H02M7/523 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке тиристор- ных преобразователей частоты для индукционного нагрева металлов.

Цель изо б ретбния - повышение надежности и эффективности использования оборудования.

На чертеже приведена схема инвертора.

Инвертор содержит подключенный через фильтровые дроссели 1, 2 к входным зажимам фильтровый конденсатор 3, мост на тиристорах 4-7 и-мост встречных диодов 8-11, к выводам переменного тока которого подключены конденсаторы 12, 13 смещения, причем последние соединяют вывод переменного тока моста встречных диодов и общую точку нелинейньгх дросселей 14-17 смещения, включенных последовательно с тиристорами. Нагрузка 18 подключена к выводам переменного тока моста встречных диодов через LC-коммутирующий контур 19-22, состоящий, собственно, из конденсаторов 19 и 22 и дросселей 20 и 2.,1 . К тиристорам подключены блоки 23 и 24 импульсных трансформаторов, соединенные с системой 25 управления.

Схема работает следующим образом.

При подаче импульсов управления на тиристоры 4 и 6 ток протекает по контуру 3-4-14-12-19-20-18-21-22-13вания сердечников дроссели 14 и 17 будут работать как линейные, а их совокупность определяется собственной индуктивностью обмотки. Индуктивность 5 обмотки дросселей 14 и 17 выбирается такой, чтобы собственная частота контуров смещения L С и L С была равна собственной частоте коммутиJO

рующих-контуров L,C,j. При

таком соотношении исключается возможность протекания реактивного тока при включении тиристоров за счет энергии, накопленной в конденсаторах 12 и 13 смещения по контурам: 12-815 -4-14-12 и 13-17-6-10-13, поскольку напряясения на дросселях и конденсаторах контуров смещения сдвинуты по фазе на 180 зл.град. и равны между собой.

20 По окончании тока тиристоров происходит обратное пе1)емагничивание сердечников дросселей и на дросселях 14 и 17 появляется повышенное напряжение с полярностью, указанной на

тс

чертеже. Это напряжение становится больше чем напряжение на конденсаторах 12 и 13, которое включает диоды 8 и 10. С этого момента протекает ток сброса энергии, накопленной в дросселях 14 и 17, в коденсаторы 12 и 13 по контурам: 14-12-8-4-14 и 17-6-10-13-17.

По сути сброс энергии, накопленной в дросселях 14 и 17, осуществля- -17-6-3, а затем при отпирании диодов 35 ется на противоЭДС, которые представ- 8, 10 встречного тока протекает ток ляют собой конденсаторы 12 и 13, по- частичного разряда коммутирующих кон- скольку их емкость достаточно велика денсаторов по контуру: 3-10-22-21-18- и определяется относительно емкост и

коммутирующего кон тенсатора требуе-20-19-8-3.

При включении тиристоров в первый момент времени практически все напряжение, сдействующее в образовавшемся контуре, прикладывается к нелинейным дросселям 14 и 17, поскольку их индуктивность при ненасьш;енном сердечнике значительно больше, чем эквивалентная индуктивность коммутирующего дросселя. По мере перемагничивания сердечника напряжение на нелинейных дросселях уменьшается, причем скорость нарастания напряжения на тиристорах 5 и 7 определяется скоростью спада напряжения на нелинейных дросселях, т.е. регулированием времени перемагничивания сердечников нелинейных дросселей можно задать тре- .буемую скорость нарастания напряжения на тиристорах. После перемагничи мым соотношением напряжений на коммутирующем конденсаторе и конденсаторе смещения. Время протекания тока сброса тем меньше, чем выше уровень напряжения на конденсаторах сме ще.ния. Кр.оме тока сброса, через диоды 8 и 10 протекает ток частичного разряда коммутирующих конденсаторов. Время, предоставляб мое для восстановления управляемости тиристоров, определяется разностью интервалов времени протекания тока частичного разряда коммутирующих конденсаторов и тока сброса энергии, накопленной в дросселях 14 и 17. На интервале вре55 мени восстановлении управляемости к

тирис торам прикладывается повышенное, - обратное напряжение, обусловленное действием напряжения на конденсато50

вания сердечников дроссели 14 и 17 будут работать как линейные, а их совокупность определяется собственной индуктивностью обмотки. Индуктивность обмотки дросселей 14 и 17 выбирается такой, чтобы собственная частота контуров смещения L С и L С была равна собственной частоте коммути

рующих-контуров L,C,j. При

таком соотношении исключается возможность протекания реактивного тока при включении тиристоров за счет энергии, накопленной в конденсаторах 12 и 13 смещения по контурам: 12-8-4-14-12 и 13-17-6-10-13, поскольку напряясения на дросселях и конденсаторах контуров смещения сдвинуты по фазе на 180 зл.град. и равны между собой.

По окончании тока тиристоров происходит обратное пе1)емагничивание сердечников дросселей и на дросселях 14 и 17 появляется повышенное напряжение с полярностью, указанной на

чертеже. Это напряжение становится больше чем напряжение на конденсаторах 12 и 13, которое включает диоды 8 и 10. С этого момента протекает ток сброса энергии, накопленной в дросселях 14 и 17, в коденсаторы 12 и 13 по контурам: 14-12-8-4-14 и 17-6-10-13-17.

По сути сброс энергии, накоплен мым соотношением напряжений на коммутирующем конденсаторе и конденсаторе смещения. Время протекания тока сброса тем меньше, чем выше уровень напряжения на конденсаторах сме ще.ния. Кр.оме тока сброса, через диоды 8 и 10 протекает ток частичного разряда коммутирующих конденсаторов. Время, предоставляб мое для восстановления управляемости тиристоров, определяется разностью интервалов времени протекания тока частичного разряда коммутирующих конденсаторов и тока сброса энергии, накопленной в дросселях 14 и 17. На интервале вре55 мени восстановлении управляемости к

тирис торам прикладывается повышенное, - обратное напряжение, обусловленное действием напряжения на конденсато50

31

pax 12 и 13 смещения по контурам: 12-14-4-8-12 и 13-10-6-17. На интервале восстановления управляемости тиристоров диоды 8 и 10 открыты, а напряжение на дросселях 14 и 17 от- сутствует, стало быть обратн е напряжение на тиристорах определяется напряжением на конденсаторах смещения, уровень которого принимается равным 50-100 В - достаточный по условию наиболее эффективного восстановления управляемости тиристоров.

Включение нелинейных дросселей последовательно с тиристорами позволяет исключить повышение прямого на- пряжения на противофазных тиристорах за счет обратного перемагничивания их сердечников по отношению к вариантам установки этих дросселей вне контура тиристор-диод. Предельньм уровень на пряжения на тиристорах в предлагаемой схеме определяется суммой напряжений на фильтровом конденсаторе и конденсаторе смещения.

Включение нелинейного дросселя в контур тиристор-диод возможно только при наличии конденсатора смещения В противном случае значительно возрастает время протекания тока сброса, следовательно, резко уменьшается время, предоставляемое для восстановления тиристоров, при этом энергия, накопленная в нелинейных дросселях, расходуется в полупроводниковых струтурах диода и тиристоре.

При работе инвертора в режиме непрерывного выходного тока тиристоры включаются в момент времени, когда ток противофазных встречных диодов еще не окончился, а скорость нарастания анодного тока тиристоров ограничивается нелинейными дросселями, например, при открывании тиристоров 4 и 6 ток протекает по контурам: 3- -4-14-9-3 и 3-11-17-6-3 и скорость его нарастания определяется собственной индуктивностью обмоток нелинейных дросселей 14 и 17.

т.

Кроме этого, включение, нелинейного дросселя в цепь тиристоров позволяет ограничить величину импульса тока сквозного разряда фильтрового

конденсатора при одновременном отпирании противофазньгх тиристоров в момент срыва процесса инвертирования по контурам: 3-14-15-5-3 и 3-7-16-17- -6-3.

с o

5 0

5 0 5

0 5

0

5

554

Амплитуда импульса тока сквозного разряда фильтрового конденсатора и скорость нарастания анодного тока определяется суммой собственных ин- дуктивностей обмоток нелинейных дрос- . t-;eii 14, 15 и 16, 17.

Таким образом, включение нелинейного дросселя последовательно с ти- Г Истором в контуре тиристор-диод оказывается весьма полезным и позволяет обеспечить условия работы тиристора как в стационарных режимах (снижение V , dU/dt и.di/dt), так и при срыве процесса инвертирования. При этом снижение интервала времени, предоставляемого для восстановления управляемости тиристоров, оказывается несущественным, а эффективность восстановления их управляемости уве- сличивается за счет повышенного обратного напряжения.

Во втором такте, когда открываются тиристоры 7 и 9, схема работает аналогично описанному. За два такта работы формируется полный период выходного тока.

Включение цепи нагрузки между коммутирующими контурами исключает возможность развития аварийных процессов в инверторе в случае пробоя изоляции нагрузки на землю. В сетях с глубоко заземленной нейтралью это приводит к тому, что на коммутирующих конденсаторах предлагаемого инвертора появляется постоянная составляющая напряжения, равная половине питающего напряжения, ее полярность на коммутирующих конденсаторах противоположна, поэтому в высокочастотном контуре инвертора постоянная составляющая напряжения оказывается скомпенсированной и на коммутационные процессы она не оказывает никакого влияния.

Таким образом, введение дополнительного LC-коммутирующего контура позволяет повысить устойчивость работы инвертора при нарушениях изоляции нагрузки и обеспечивает нормальную его работу на нагрузку с заземленной точкой. I

Формула изобретения

Последовательный инвертор , содержащий подключенные через фт1льтровые дроссели к входным выводам фильтровый конденсатор, мост тиристоров и мост обратных вснтилеГ|, оьшоды перс51

менного тока которого связаны с выводами переменного тока моста тиристоров через конденсаторы смещения, а к одному из выводов переменного тока моста обратных вентилей подключен конденсатор последовательного коммутирующего LC-контура, а также нелинейные дроссели и цепь нагрузки, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы

Редактор М. Товтин

Составитель А.А. Рухман

Техред И.Попович Корректор Е. Рошко

Заказ 1322/56Тираж 661Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

041556

и эффективности использования оборудования, он снабжен дополнительным LC-KOHTypoM, соединенным последовательно с основным через цепь нагруз- 5 ки и подключенным к другому выводу переменного тока моста обратных вен- тилетй, а нелинейные дроссели включены последовательно с тиристорами моста , образуя выводы переменного тока 10 последнего.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке тиристор- ных преобразователей частоты для индукционного нагрева металлов. Целью изобретения является повышение .надежности и эффективности использования оборудования. Устройство содержит мосты на тиристорах 4-7, встречных диодах 8-11, выводы переменного то- ка которых соединены через конденсаторы смещения 12, 13. Последовательно с тиристорами включены нелинейные дроссели смещения 14-17. Нагрузка 18 подключена через LC-контур