Последовательный резонансный инвертор Советский патент 1988 года по МПК H02M7/523 

-rvw

7

Изобретение относится к преобразовательной технике и м.б. использовано в качестве источника питания для электротермических установок. Целью лвляется повьшение надежности. Устр-во содержит тиристорный мост с коммутирующим конденсатором 5 в диа гонали переменного тока. Параллельно мосту через коммутирующий дроссель 6 подключены диод 11 и последовательная цепочка, состоящая из конденсатора фильтра 10, защитного дросселя 9 и нагрузки 8. С ростом сопротивления нагрузки растет длительность интервала совместной проводимости тиристоров диагонали моста и диода 11. 4 ил. i О)

Р . Р Ф

-Hl

ел

со сх 4

гТ

ср1/г.1

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника питания для электротермических установок

Цель изобретения - повышение надежности.

На фиг.1 представлена принципиальная схема инвертора на фиг.2 - диаграммы токов L и напряжений U на элементах,инвертора при изменении нагрузки в сторону короткого замыкания на фиг.З - то же, при номинальной нагрузке; на фиг.4 - то же, для режима холостого хода,

Инвертор содержит подключенные последовательно к входным вьшодам мост на четырех тиристорах 1-4 с конденсатором 5 в диагонали, коммутирующий дроссель 6, дроссель 7 фильтра, по- следовательную цепь, состоящую из нагрузки 8, защитного дросселя 9, конденсатора 10 фильтра, подключенную к точке соединения дросселя 7 фильтра и коммутирующего дросселя 6 и катод-

ной группе тиристорного моста, диод 11, подключенный между катодной группой тиристорного моста и точкой соединения конденсатора 10 фильтра и коммутирующего дросселя 6.

Инвертор в установившемся режиме работает следующим образом.

Полный цикл работы схемы определяется частотой управления тиристорами 1-4 моста и состоит из двух тактов. Каждый такт характеризуется рабочим и нерабочим состоянием тиристорного моста, т.е. наличием и отсутствием тока коммутирующего контура 5-6-8-9-10. Параметры схемы выбраны так,чтобы ток коммутирующего контура носил колебательный характер и имел место режим естественного выкгаочения тиристоров моста (режим прерьгоистого тока). Емкость конденсатора 10 фильтра равна емкости коммутирующего конденсатора 5.

При уменьшении сопротивления нагрузки от номинального значения в сторону короткого замыкания, в тече- ние такта работа схемы разбивается на четьфе интервала.

В первом интервале при отпирании тиристоров 1 и 4 к дросселям 6 и 9 прикладьгоается сумма напряжений на конденсаторе 10 фильтра, коммутирующем конденсаторе 5 и нагрузке 8. Если при этом напряжение на коммутирующем конденсаторе 5 больше напряжения на

коммутирующем дросселе 6, отпирается диод 11, Начинает протекать ток по контуру: 5-4-8-9-10-6-1-5 и контуру 5-4-11-6-1 (фиг.2а). Ток через нагрузку 8 течет снизу вверх. Конденсатор 5, имеющий полярность как показано на фиг.1, перезаряжается от источника питания и током контура, образованного коденсатором 5, диодом 11 и дросселем 6. При проводимости диода 11 потребление энергии от источника уменьшается, так как существует замкнутый контур, отделенный от источника питания,,в котором циркулирует реактивная энергия. Диод 11 проводит до тех пор, пока распределение напряжений в схеме не станет для него запирающим. После чего он выключается.

Во втором интервале ток перезаряда коммутирующего конденсатора продолжает протекать по единственному контуру: 5-4-8-9-10-6-1-5. Ток че-. рез нагрузку 8 течет снизу вверх.. После спада тока контура до нуля тиристоры 1 и 4 запираются (фиг.2а). В третьем интервале возможна вторичная проводимость диода 11 (фиг.2а). Ток протекает по контуру 10-9-8-11-10. Ток чере нагрузку 8 течет сверзу вниз и равен сумме токов источника питания и тока контура 10-9-8-11-10 (фиг.26). Возникновение указанного контура снижает потребление энергии схемой от источника питания. Интервал заканчивается после выключения диода 11.

Четвертый интервал характеризуется бестоковой паузой, в которой не проводят тиристоры моста и диод 11 и которая длится до включения тиристоров 2 и 3. При этом ток заряда кон .денсатора 10 обеспечивает протекание тока через нагрузку 8 сверху вни (фиг.26). Первый такт работы схемы закончен.

Процессы, происходящие во втором такте (работают тиристоры 2 и 3), аналогичны описанным. По окончании второго такта включаются тиристоры 1 и 4, цикл работы схемы инвертора повторяется.

На фиг.2 показаны формы тока i тиристоров и тока диода 1 (а); форма напряжения U.j на тиристорах (Ь), из которой видно, что обратное напряжение на тиристорах в интервале восстановления управляемости велико

и скорость нарастания прямого напряжения незначительна и определяется скоростью изменения напряжения на коммутирующем конденсаторе 5 при перезаряде; форма напряжения на коммутирующем конденсаторе 5 и конденсаторе 10 фильтра (г).

Работа инвертора в номинальном режиме характеризуется малым време- нем проводимости диода .11 в первом интервале, аналогичном соответствующему интервалу в описанном режиме работы. В номинальном режиме схема имеет максимальный КПД. Работа схемы в течение такта делится на три интервала: совместной проводимости тиристоров диагонали моста и диода 1 проводимости тиристоров диагонали (работа аналогична работе инверто- ра в соответствующем интервале описанного режима); интервал бестоковой паузы, когда не проводят тиристоры диагонали и диод 11 (аналогично работе в четвертом интервале описанного режима).

На фиг.З приведены форма тока через тиристоры и диод 11 (а), форма тока нагрузки 8 (б), форма напряжения на тиристорах (в), форма напря- жения на коммутирующем конденсаторе 5 и конденсаторе 10 (г) фильтра.

При увеличении сопротивления нагрузки от номинального в сторону хо- лостого хода в течение такта работа схемы разбивается на три интервала.

В первом интервале при отпирании тиристоров 1 и 4 по контурам 5-4-8-9 -10-6-1-5 и 5-4-11-6-1 протекают то- ки перезаряда коммутирующего конденсатора 5. При этом через нагру-зку 8 ток протекает снизу вверх. В момент, когда напряжение на диоде 11 станет запирающим, он выключается. Первый интервал закончен.

Во втором интервале ток перезаряд коммутирующего конденсатора 5 замыкается по цепи 5-4-8-9-10-6-1-5. Через нагрузку ток продолжает про- текать снизу вверх. В момент перехода тока контура 5-4-8-9-10-6-1-5 через нуль тиристоры 1 и 4 запираются.

Третий интервал характеризуется бестоковой паузой схемы инвертора, когда не проводят тиристоры моста и диод 11, которая длится до включения тиристоров 2 и 3. При этом ток

5

0

5

Q

g

5

заряда конденсатора 10 обеспечивает , протекание тока через нагрузку сверху вниз. Первый такт работы схемы закончен.

Процессы, происходящие во втором такте, аналогичны описанным. По окончании второго такта включаются тиристоры 1 и 4, цикл работы схемы инвертора повторяется.

Первый интервал работы схемы, в котором ток перезаряда коммутирующего конденсатора складьшается из тока источника и тока контура,включающего диод 11, характеризуется снижением потребления схемой энергии от источника. Это объясняется тем, что существует замкнутый контур 5-4-11- -6-1, включающий реактивные элементы и отдельньй от источника питания, в котором циркулирует реактивная энергия. В результате снижения по требления энергии схемой от источника питания напряжение на элементах схемы, в частности на вентилях, не растет с ростом сопротивления нагрузки.

Длительность интервала совместной проводимости тиристоров диагонали моста и диода 11 увеличивается с ростом сопротивления нагрузки.

В случае разрыва цепи нагрузки (режим холостого хода) колебания в интервале возбуждаются внутри моста. Схема инвертора практически не потребляет энергии от источника питания. Длительности проводящего состояния и амп- литуды токов тиристоров и диода 11 равны между собой (фиг.4а). После колебательного перезаряда коммутирующего конденсатора током контура, включающего тиристоры одной диагонали, коммутирующий дроссель реактор 6, диод 11 и коммутирующий конденсатор 5, тиристоры выключаются и напряжение на них поддерживается равным нулю до отпирания следующей диагонали. Работа схемы на холостом ходу в течении такта разбивается на интервал совместной проводимости тиристоров и диода 11 и интервал бестоковой паузы.

На фиг.4 показаны форма токов тиристоров и диода 11(а), форма напряжения на тиристоре (б), форма напряжения на коммутирующем конденсаторе 5 (в) .

Г/ри изменении сопротивления нагрузки, как п сторону холостого хода так и в сторону короткого замыкания, потребление схемой энергии от источника питания сн1гжается. Инвертор сохраняет работоснособность без суще- ственног о увеличения напряжений на элементах схемы от режима короткого замыкания до режима холостого хода.

С целью дальнейшего повьгаения надежности обмотки коммутирующего и защитного реакторов могут быть вьтол- нены магнитосвязанньми. На повышенных частотах это возможно без исполь зования ферромагнитных сердечников. Выполнение коммутирующего и защитного реакторов магнитосвязанными позволяет снизить повышение напряжения на вентилях и коммутирующем 1сонденсато- ре в режиме холостого хода до 1,7 и в режиме короткого замыкания до 2,5- 3 напряжений питания. I

Снижение напряжения на кo гмyти

рующем конд ;нсаторе и силовых вентилях в режимах, близких к холостому ходу и короткому замыканию, можно до- би п.сл изменением коэффициента распре Л1 :1011ия индуктивностей в схеме инвертор:). Под коэф фициентом распределения индуктивностей понимается отношение индуктивности коммутирующего реактора и суммарной индуктивности контура коммута1Ц1И. Если обозначить индуктивность коммутирующего реактс- ра через L, защитного через L, то коэффициент распределения индуктивностей в инверторе

Ч

LK

Ч LJ

Однако уменьшать К до малых величин не рекомендуется, так как на повышенных частотах скорость нарастания циркуляционного тока (тока контура) , пключаюи;его элементы 5,11 и 6, и его амплитуда могут оказаться выше допустимых величин. Кроме того, снижается КПД инвертора. Коэффициент распр: деления индуктивностей должен быть не ниже некоторого критического значения К| i, К , при котором амплитуда циркуля11ионного тока и скорость его нарастания становятся выше допустимых значений. При увеличении К( вьше 1/2 (что соответствует равным индуктивностям коммут11рующего и

защитного реактора) аналогичное ограничение накладывается на скорость нарастания и амплитуду тока диода.

Формула изо

р е т е и и я

Пс следовательньв резонансный инвертер, содержащий подключенный к вход1-:ым выводам через дроссель фильтра и коммутирующий дроссель тиристорный ocт, с коммутирующим конденсатором Е диагонали переменного тока и по- следс1вательную цепочку, состоящую из конд€:нсатора, фильтра, защитного дросселя и выходных выводов, включенную

между точкой соединения дросселя фильтра с коммутирующим дросселем и катодной 11-)уппой тиристорного моста, о т- ли чающийся тем, что, с целью повьшения надежности, он снабжен доволнительным диодом, анод которого соединен с катодной группой тиристорного моста, а катод - с точкой соединения конденсатора фильтра и ком- мути:эующего дросселя, причем произведение емкости конденсатора фильтра на индуктивность защитного дросселя равна произведению емкости коммутирующего конденсатора на индуктивность коммутирующего дросселя.

h-t) г-З) 1

,- / «/Vv,

A V

(/

Л

.-y

V

5;

ZJf

V

V/

(риг.з

1-J г-3}

Ч-и-11

г-3 11

1-if-n

сриг.