Автономный последовательный инвертор Советский патент 1987 года по МПК H02M7/523 

Изобретение относится к преобразовательной технике с применением полупроводниковых вентилей, предназначено для необратимого преобразования энергии постоянного тока на входе в энергию переменного тока повьппенной частоты на выходе, кроме того, оно предназначено для питания током повышенной частоты однофазной переменной нагрузки, например индукционной нагревательной установки для стали, и является усовершенствованием изобретения по авт.св. № 535695,

Цель изобретения - повышение надежности путем эффективного ограниче- .ння перенапряжений на его элементах.

На фиг,1 приведена схема инвертора ,; на фиг.2 - то же, вариант выполнения.

Тиристоры 1-4 (фиг.1) и вентили 5-8 образуют вентильный мост с узлом кoм ryтaции, состоящим из конденсатора 9 и дросселей 10-11. Параллельно мосту подключена последовательная цепь из двух разделительных конденсаторов 12 и 13, нагрузки 14 с компенсирующим конденсатором 15 и двух вентилей 16 и 17, причем каждый из указанных вентилей включен между общей точкой нагрузки и разделительного конденсатора и между зажимом другого разделительного конденсатора, мост подключен к входным зажимам через дроссели 18 и 19. Параллельно разделительным конденсаторам 12 и 13 подключены соответст вующие последовательные цепи, состоящие из варисторов 20, 21 и дополнительных конденсаторов 22 и 23, зашунтированных резисторами 24 и 25.

В установившемся режиме инвертор .работает следующим образом.

При поочередном попарном отпирании тиристоров моста через тиристоры, а затем через встречно-параллельные вентили протекают импульсы прямого и обратного тока. Эти импульсы переменного тока замыкаются по внешней цепи моста через разделительные конденсаторы .12 и 13 и нагрузочный колебательный контур 14 и 15. При этом на контуре нагрузки.происходит падение.напряжения, определяемое сопротивлением контура. Если сопротивление контура относительно невели-пс величину перенапряжений на допустимом ко и амплитуда напряжения на конту- уровне, например на уровне 1,5-крат- ре нагрузки меньше, чем напряжение ном и, возможно, ниже. Указанные цена каждом разделительном конденса- пи работают следующим образом. При но- торе 12 и 13, вентили 16 и 17 запер- минальном напряжении на конденсато

0

5

0

5

0

5

0

5

0

ТЫ обратным напряжением. При увеличении сопротивления активно-индуктивной нагрузки выше допустимой величины увеличивается сопротивление всего нагрузочного контура и величина падения напряжени:я на нем. Если при этом амплитуда напряжения на контуре превьшает величину напряжения на разделительных конденсаторах 12 и 13, отпираются вентили 16 и 17 и напряжение на нагрузочном контуре ограничивается по амплитуде на уровне напряжения на конденсаторах 12 и 13, т.е. на уровне 0,5 от величины входного напряжения источника. .

В таком реж)чме на нагрузке выделяется максимальная мощность, а от источника через фильтровые дроссели , 18 и 19 потребляется максимальный ток. При этом в фильтровых дросселях 18 и 19 запасается весьма большая электромагнитная энергия.

Всякий раз при оперативном выключении инвертора снятием управляющих импульсов с тиристоров моста или при резком уменьшении мощности инвертора, потребление тока от источника резко прекращается, при этом запасенная в дросселях фильтра 18 и 19 электромагнитная- энергия превращается в электрическую в виде избыточного напряжения на разделительных конденсаторах 12 и 13, что является перенапряжением для инвертора. Величина перенапряжений, особенно при относительно небольших по величине емкостях фильтровых конденсаторов 12 и 13, может многократно превьш ать номинальное, что опасно для оборудования инвертора. Особенно опасны перенапряжения при очередном включении инвертора, когда конденсаторы 12 и 13 заряжены до значительно более высокого напряжения по сравнению с номинальньгм, что резко снижает надежность инв ертора и вынуждает применять тиристоры и вентили повьш1енных классов по напряжению, а это существенно удорожает его стоимость.

Подключение цепей из варистора, дополнительного конденсатора и . резисто- ра параллельно разделительным конденсаторам 12 и 13 позволяет ограничить

pax 12 и 13 варисторы 20 и 21 имеют большое электрическое сопротивление и через них не протекает ток (кроме незначительного тока утечки), При этом дополнительные конденсаторы 22 и 23, зашунтированные резисторами 24 и 25, остаются разряженными, что позволяет применять импульсные конденсаторы с разряженными, повышенными удельными показателями. При возникновении перенапряжений разделительные конденсаторы 12 и 13 начинают дополнительно заряжаться за счет запасенной в фильтровых дросселях 18 и 19- электромагнитной энергии по цепи через источник питания, По мере увеличения перенапряжений на разделительных конденсаторах 12 и 13 сопротивление варисторов падает и ток через них растет в соответствии с их вольт-амперной характеристикой. В результате дополнительные конденсаторы 22 и 23 тоже заряжаются, принимая на себя больпгую часть электромагнитной энергии, запасенной в фильт ровых дросселях 18 и 19. В итоге перенапряжения существенно ограничиваются. Чем круче изгиб вольт-амперной характеристики варистора и чем больше емкость дополнительных конденсаторов 22 и 23, тем меньше возможные перенапряжения. Так что уровень перенапряжений зависит в итоге от запроектированных параметров указанных цепей.

По мере заряда дополнительных конденсаторов 22 и 23 ток через варисторы 20 и 21 снижается до нуля, а сами конденсаторы затем разряжаются через шунтирующие их резисторы 24 и 25. После этого инвертор готов к очередному включению.

.В защитной цепи, содержащей дополнительные конденсаторы 22 и 23, ; постоянный ток не протекает, что всякий раз защищает варисторы от перегрева и разрушения при достаточно малых принятых запасах по напряжению Так, если напряжение перегиба в вольт-амперной характеристике варистора окажется очень близким от амплитуды пульсаций напряжения на разделительных конденсаторах 12 и 13 в рабочих режимах инвертора, то на дополнительных конденсаторах 22 и 23 появится некоторое небольшое напряжение, что воспрепятствует дальнейшему росту тока через варисторы

0

5

0

и сохранит их от разрушения. Это позволяет выбирать варисторы с минимальным запасом по напряжению и, следовательно, получить максимальный эффект по ограничению напряжений при повышенной надежности их работы.

При появлении на разделительных конденсаторах мощных перенапряжений, связанных с резким уменьшением потребления мощности инвертором, энергопоглощающая способность варисторов может быть полностью использована для снятия этих перенапряжений, при этом они нагреваются до предельной температуры, и при отсутствии последовательно с ними включенных конденсаторов могли бы разрушаться остаточным током. Однако при наличии указанных конденсаторов по мере увеличения температуры варисторов ток через них уменьшается за счет уве- личивающегося напряжения на конденсаторах, т.е. осуществляется авто5 матическая защита варисторов. Таким образом, шунтирование разделительных конденсаторов предлагаемой защитной цепью позволяет эффективно защищать от перенапряжений инвертор и обеспе0 чивать оптимальный режим этой защитной цепи и минимальную стоимость оборудования этой цепи (непосредственное подключение варисторов к разделительным конденсаторам 12 и 13 потребовало бы принимать большие запасы по напряжению, что привело бы к увеличению уровня перенапряжений в инвер- торе).

i

0 На фиг.2 приведена упрощенная схе- , ма устройства, содержащая лишь одну цепь из варистора 20, дополнительного конденсатора 22 и резистора 24, которая подключена параллельно цепи

5 из последовательно соединенных нагрузочного контура 14-15 и двух разделительных конденсаторов 12 и 13. В этой схеме устройства без изменения сущности изобретения также достигается

0 эффект ограничения перенапряжений, правда на несколько более высоком уровне, так как к защитной цепи кроме напряжения на конденсаторах 12 и 13 дополнительно прикладывается наg ряжение нагрузки 14-15. В этой схеме уровень ограничения напряжения будет больше на величину амплитуды напряжения на контуре нагрузки.Все остальные свойства сохраняются.

5

ормула

5

3 о

13

б р е т е и и я

Автономный последовательный инвертор по авт.св. № 535695, отличающийся тем, что, с целью по- .вышения надежности путем эффективного ограничения перенапряжений на его

1328908

элементах, он снабжен двумя цепями, состоящими из последовательно соединенных варистора и дополнительного конденсатора, заагунтированного резистором, каждая из которых подключена параллельно соответствующему разделительному конденсатору.

Изобретение относится к преобразовательной технике, может использоваться, например, для питания индукционной нагревательной установки-для стали и является усовершенствованием изобретения по а.с. № 535695. Целью является повышение надежности путем эффективного ограничения перенапряжений на элементах. Устр-во содержит вентильный мост с коммутирующими конденсатором 9 и дросселями 10,11. Параллельно мосту подключена последовательная цепь из разделительных конденсаторов 12, 13 и нагрузки 14. Конденсаторы 12,13 зашунтированы цепочками из варисторов 20,21, допол- нитeльныk конденсаторов 22,23 и резисторов 24,25. При появлении на разделительных конденсаторах 12,13 мош,ных перенапряжений, связанных с резким уменьшением потребления мощности инвертором, энергопоглощающая способность варисторов м.б. полность ю использована Для снятия этих перенапряжений. 2 ил. с & (Л ГЧ) фиг.1

ш

фиг 2

Редактор С.Пекарь

Составитель И .Жеребина

Техред Л .Сердюкова Корректор Г „Решетник

Заказ 3495/55Тираж 659Подписное

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