Независимый инвертор Советский патент 1988 года по МПК H02M7/523 

12

f6

Изобретение относится к вентильной преобразовательной технике и м.б. использовано для питания током повышенной частоты скомпенсированных индукционных плавильных печей для черных металлов. Цепь изобретения - увеличения выходного напряжения инвертора при сохранении повышенной коммутационной устойчивости. Устр- во содержит фильтровые дроссели 12 и 13, мост на тиристорах 1-4 с вентилями 5-8 встречно-параллельного включения и узлом коммутации. Нагрузочный колебательный контур образован индукционной печью и тремя последовательными компенсирующими конденсаторами 16-18, средний из которых присоединен к выходным зажимам инвертора параллельно вентилю 14. В инверторе достигается ограничение и стабилизация выходного напряжения. I ил. & (Л

00 со

Изобретение относится к преобразовательной технике с применением полупроводниковых вентилей, предназначено для необратимого пре- образования энергии постоянного тока на входе в энергию переменного тока повышенной частоты на выходе, и может быть использовано для питания током повьппенной частоты однофаз- ной скомпенсированной переменной нагрузки, например, индукционной нагревательной установки для стали, а именно скомпенсированной индукционной плавильной печи для черных металлов.

Цель изобретения - увеличение выходного напряжения при сохранении повышенной коммутационной устойчивости. На чертеже показана схема инфертора.

Тиристоры 1-4 и вентили 5-8 образуют мост. Конденсатор 9 и дроссели 10 и 11 образуют узел коммутации, причем конденсатор 9 и дроссель 10 соединены последовательно и включены в диагональ переменного тока моста, а дроссель 11 - последовательно с мостом. Мост с последовательно с ним соединенным внешним коммутирующим дросселем 11 через дроссели 12 и 1 J фильтра присоединен к входным зажимам Плюс и Минус и зашунти- рован вентилем 14, катод которого соединен с анодной группой тиристоров моста. Нагрузка (индукционная плавильная печь) 15 и конденсаторы 16 - 17 образуют последовательную цепочку, параллельно которой подклю- чен компенсирующий конденсатор 18. Конденсаторы 16-18 совместно с нагрузкой образуют нагрузочный колебательный контур.

Инвертор работает следующим об- разом.

Предварительно от источника питания через дроссели 12 и 13 заряжаются конденсаторы 16 - 18 нагрузочного контура, причем конденсатор 18 заря- жается до полного напряжения, а конденсаторы 16 и 17 - до половинного через обмотку индукционной плавильной печи.

Тиристоры моста 1, 4 и 2, 3 от- пираются попарно-поочередно.

При отпирании, например, тиристоров 1 и 4 в контуре инвертора и через нагрузочный колебательный контур

протекает импульс тока от предварительно заряженных конденсаторов нагрузочного контура 16 - I8 по цепи: 18 и 16,13, 17-1-10-9-4-11-18 и 16, 15, 17. Этот импульс тока через нагрузочный контур протекает снизу вверх, возбуждая в нем колебательный ток высокой частоты. После окончания импульса тока тиристоров отпираются встречно-параллельные вентили 5 и 8 и в том же контуре, но в обратную сторону протекает очередной импульс тока от частичного разряда коммутирующего конденсатора 9 по цепи: 9-10-5-18 и 16,15,17-11- 8-9. Одновременно от источника питания подзаряжаются конденсаторы 18 и 16,17. Импульс тока, протекающий через встречно-параллельные вентили, и ток подзаряда протекают через нагрузочный контур сверху вниз, также возбуждая в нем колебательный ток. Затем отпираются очередные тиристоры 2 и 3 и через них протекает очередной импульс тока по цепи: 18 и 16,15 17-2-9-10-3-11-18 и 16, 15, 17, который через нагрузочный контур протекает снизу вверх, также возбуждая в нем колебательный ток. После окончания этого импульса тока отпираются встречно-параллельные вентили 6 и 7 и через них протекает очередной импульс тока по цепи: 9-6-18 и 16, 15,17-11-7-10-9, который протекает через нагрузочный контур сверху вниз и совместно с током подзаряда вызывает в нем колебательный ток. Затем отпираются очередные тиристоры 1 и 4 и электромагнитный процесс в инверторе продолжается аналогично описанному.

Таким образом, при поочередном отпирании тиристоров моста через нагрузочный колебательный контур протекает переменный ток повьшенной частоты. На нагрузочном колебательном контуре выделяется переменное напряжение повышенной частоты, вели- чина которого зависит от сопротивления нагрузочногб контура. При увеличении сопротивления нагрузочного контура растет выходное напряжение инвертора. Если выходное напряжение по амплитуде меньше 0,7-0,75 входного, тиристорам предоставляется максимальное время для восстановления управляемости. При дальнейшем увеличении выходного напряжения наблюдается снижение времени, предоставляемого для восстановления управляемости тиристоров.

Если выходное напряжение по ампли туде больше напряжения источника питания, отпирается вентиль и дальнейший рост выходного напряжения прекращается. Выходное напряжение стабилизируется на уровне 1,0 от входного При этом тиристорам предоставляется минимально необходимое время для восстановления управляемости, так как при стабилизации амплитуды выходного напряжения на уровне 1 от входного прекращается дальнейшее снижение времени для восстановления управляемости тиристоров, несмотря на дальнейшее увеличени сопротивления нагрузочного контура.

Режим плавки черных металлов, в частности сталей, осуществляется следующим образом.

В начале плавки, нагреваемый металл или щихта) имеет температуру ниже точки Кюри и обладает магнитными свойствами. При этом индуктор печи имеет увеличенную индуктивность и частота контура нагрузки определяется параметрами индукционной печи и эквивалентной емкостью компенсирующих конденсаторов. Инвертор по частоте настраивается в резонанс с частотой контура нагрузки. Выходное напряжение инвертора по амплиту- де выбирается несколько ниже 1 по отношению к напряжению источника питания, причем бестоковая пауза между импульсом тока через встречио- параллелькые вентили и импульсом тока через вновь открытые очередные тиристоры выбирается минимальной или вообще отсутствует.

После перехода температуры нагреваемого металла за точку Кюри умень- шается индуктивность индуктора печи, а собственная частота нагрузочного

контура возрастает. Одновременно, вслед за изменением частоты контура нагрузки, путем поддержания режима резонанса возрастает и выходная частота инрертора. При этом выходное напряжение инвертора по амп.питуде достигает 1 по сравнению с входным, и дальнейший рост амплитуды выходного напряжения прекращается, т.е. выходное напряжение стабилизируется. Процессы плавки и прогрев расплавленного металла происходят при стабилизированием выходном напряжении. При этом время для восстановления управляемости тиристоров остается стабильным, не уменьшается, и инвертор отдает в нагрузку максимальную мощность, так как на контуре нагрузки поддерживается максимальное выходное напряжение. Кроме того, правильно выбирая соотношение емкостей конденсаторов 16 - 18, можно питать индукционные плавильные печи с более высоким напряжением, чем выходное напряжение инвертора на выходных зажимах.

Формула изобретения

Независимый инвертор, содержащий подключенные через дроссели фильтра к входным зажимам тиристорный мост с вентилями встречно-параллельного включения и узлом коммутации и последовательную цепочку из двух конденсаторов и включенной между ними цепи нагрузки, а также компенсирующий конденсатор и вентиль, катод которого подключен к анодной группе моста, отличающийся тем, что, с целью увеличения выходного напряжения прн сохранении повышенной коммутационной устойчивости, компенсирующий конденсатор подключен параллельно последовательной цепочке и зашун- тирован указанным вентилем.