Резонансный высоковольтный инвертор Советский патент 1988 года по МПК H02M7/523 

u

1чЭ

П г

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в преобразователях частоты, предназначенных для питания электротехнологических установок.

Цель изобретения - повышение КПД, упрощение конструкции и расширение функциональных возможностей.

На фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема инвертора; на фиг.2 и 3 - схемы различных варианто включения коммутирующих дросселей; на фиг.А - временные диаграммы токов и напряжений в схеме на фиг.1.

Резонансный высоковольтный инвертор (фиг.1) содержит тиристорные мосты 1-3 с обратными диодами, через фильтрующие дроссели 4-9 подключенны выводами постоянного тока к выводам источника питания, коммутирующие дроссели 10-12 и коммутирующие конденсаторы 13-15, причем последний коммутирующий конденсатор 15 подключен между первым вьшодом переменного тока первого моста 1 и вторым выводо переменного тока последнего моста 3, остальные конденсаторы 13 и 14 подключены между вторыми выводами переменного тока предьщущих и первыми выводами переменного тока последующих мостов. В частности, конденсатор 13 связан с вторым выводом моста 1 и первым выводом моста 2, конденсатор 13 - с вторым выводом моста 2 и первым выводом моста 3. Выводы для подключения нагрузки включены в цепь конденсатора 15. Каждый мост состоит из тиристоров 16-19 и диодов 20-23,

Инвертор работает следующим образом.

Импульсы управления подаются одновременно на тиристоры 16 и 17 первых диагоналей всех мостов, затем - на тиристоры 18 и 19 вторых диагоналей всех мостов и так далее через равные интервалы времени импульсы поочередно поступают на тиристоры соответствующих диагоналей всех мостов.

После подачи первого импульса на тиристоры 16 и 17 все конденсаторы заряжаются от источника питания чере дроссели и тиристоры 16 и 17 различных мостов напряжением полярности, указанной на фиг.1. При зтом ток заряда каждого конденсатора протекает через тиристор анодной группы последующего моста и тиристор катодной группы предьщущего. В частности.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ток заряда конденсатора 13 течет по цепи дросселя 6, тиристор 16 моста 2 - дроссель 10 - тиристор 17 моста 1, дроссель 5. Ток, заряжающий кон- денсатор 15, проходит по цепи дрос- сель 4 - тиристор 16 моста 1- нагрузка дроссель 12 - тиристор 17 моста 3.

При подаче второго импульса управления на тиристоры 18 и 19 всех мостов образуется подключенная к нагрузке замкнутая последовательная цепь, состоящая из диагоналей переменного тока всех мостов коммутирующих дросселей и конденсаторов. В результате колебательного перезаряда предварительно заряженных конденсаторов формируется вторая полуволна тока в нагрузке. После плавного нарастания постоянной составляющей токов, фильтрующих дросселей 4-9 в течение нескольких периодов наступает кваэиуста- новившийся режим, диаграммы которого показаны на фиг.4.

Рассмотрим один цикл работы инвертора .

Б квазиустановившемся режиме благодаря большой величине индуктивное-, ти фильтрующих дросселей 4-9 ток в них близок к постоянному (пульсации малы). В момент tg, когда ток проводят тиристоры 16 и 17 конденсаторы заряжены напряжением с полярностью, указанной на фиг.1, включаются тиристоры 18 и 19 всех мостов и последовательно включенные конденсаторы 13, 14, 15 через нагрузку, коммутирующие дроссели 10, 11, 12 и диагонали i;iepe- менного тока мостов и последовательно включенные конденсаторы 13, 14 и 15 через нагрузку, коммутирующие дроссели 16-12 диагонали переменного тока мостов перезаряжаются по колебательному закону. Эквивалентное напряжение конденсаторов, действующее в контуре перезаряда, равно сумме напряжений конденсаторов, амплитуда тока перезаряда пропорциональна полному сопротивлению контура перезаряда.

На интервале во всех мостах ток проводят все четыре плеча, причем ток нагрузки разветвляется по двум параллельным цепям: тиристор 16 - тиристор 18 и тиристор 19 - тиристор 17,

В момент t, тиристоры 16 и 17 всех мостов выключаются и ток пере31

и 23 (проводят цеп

ходит в диоды 22

диод 20 - тиристор 18 и тиристор 19 диод 21). Интервал tj-t, в течение которого проводят диоды 20 и 21 все мостов, является временем, предосталяемым на восстановление тиристоров 16 и 17.

В момент tj диоды 20 и 21 выключаются, тиристоры 16 и 17 первой диагонали всех мостов оказываются выключенными и перезаряд конденсаторов через диагонали переменного ток мостов прекращается. На интервале tj-tj конденсаторы 13-15 зарядаются токами фильтрующих дросселей через включенные тиристоры 18 и 19 мостов. Например, конденсатор 15 заряжается по контуру дроссель 18 - тиристор 18 третьего моста - нагрузка - тиритор 19 первого моста - дроссель 5. На интервале tj-t конденсаторы заржаются до напряжения полярности, обратной показанной на схеме фиг.1, восполняя энергию, рассеянную в нагрузке и элементах схемы на интервале .

В момент t.j включаются тиристоры 16 и 17 и начинается обратный перезряд конденсаторов через нагрузку, к

коммутирующие дроссели и диагонали переменного тока мостов сигнала по параллельным цепям тиристор 18 - тиристор 16 и тиристор 17 и тиристор 1 (интервал ), затем по цепям диод 20 - тиристор 16 и тиристор 17 - диод 23 (интервал ). При этом формируется обратная полуволна тока нагрузки.

В момент ty диоды 22 и 23 выключаются и в течение интервала происходит дозаряд конденсатором через соответствующие фильтрующие дроссели и тиристоры 16 и 17 всех,мостов

Таким образом в момент t, вновь включаются тиристоры заканчивается формирование полного периода выходного тока инвертора.

Как видно на временных диаграммах фиг.4 .амплитуда выходного тока инвертора близка к величине входного тока, при этом напряжение на нагрузке в N раз больше напряжения источника питания, т.е. в 2 раза превышает выходное напряжение известного устройства. Благодаря этому при той же выходной мощности вдвое меньые выходной ток, что ведет к уменьшению потерь мощности в элементах инверто., когда 18 и 19

ра

0

5

0

5

0

5

0

0

и линии, связывающей его с нагру;1- кой.

Следует отметить, что на интерпале ,j и возможно иерапномертюе деление тока в плечах мостов из-за разброса прямых вольтамперных характеристик вентилей.

Включение коммутирующих дросселей в плечи мостов исключает это явление. В других вариантах схемы принудительное выравнивание токов достигается включением в противолежащие плечи мостов индуктивных делителей тока с магнитной связью.

Инвертор имеет симметричную относительно нуля форму выходного тока, поэтому в его спектре отсутствуют вторая и другие четные гармоники. При работе на резонансную нагрузку, например индукционный нагреватель с компенсируюп1ими конденсаторами, это позволяет в 1,3 раза расширить диапазон регулирования частоты в сторону снижения от резонансной, что дает возможность расширить диапазон регулирования мощности.

Использование устройства позволяет повысить КПД мощных индукционных нагревательных установок на 3-Д%. Исключение из схемы инвертора N фильтрующих конденсаторов большой емкости, рассчитанных на полный ток нагрузки, упрощает конструкцию и улучшает массо-габаритные характеристики преобразователя. Улучшенная форма выходного тока и более высокое выходное напряжение при неизменном количестве мостов в схеме расширяет функциональные возможности схемы.

Возможность включения коммутирующих дросселей в цепь нагрузки позволяет упростить их конструкцию, выполнив ее в виде единой катушки. Кроме того, при питании нагрузок, удаленных на расстояние до нескольких сот метров, индуктивностью коммутирующего дросселя может служить индуктивность

самой линии.

Формула изобретения

Резонансный высоковольтный инвертор, содержащий N тиристорных мостов с обратными диодами, через фильтрующие дроссели подключенных выводами постоянного тока к входным выводам, 5 N коммутирующих последовательных LC- цепочек, соединенных с выводами переменного тока мостов, а также цепь нагрузки, отлич ающийся

45

тем, что, с целью повьппения КПД, упрощения конструкции и расширения функциональных возможностей, N-я коммутирующая LC-цепочка включена последовательно с цепью нагрузки между первым выводом переменного тока первого моста и вторым выводом переменного тока N-ro моста, остальные LC- цепочки подключены между вторыми выводами переменного тока предьщущих и первыми вьгаодами переменного тока последующих мостов.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может найти применение в тиристорных преобразователях для индукционного нагрева.Цепь изобретения - повышение КПД, упрощение конструкции и расширение функциональных возможностей. Инвертор состоит из N-тиристорных мостов 1-3 с обратными диодами. Мосты подключены к источнику питания через дроссели 4-9. Мезцду мостами включено N коммутирующих контуров, состоят.их из дросселей 10-12 и конденсаторов 13-15. Ток заряда каждого конденсатора 13-15 протекает через тиристор анодной группы последующего моста и тиристор катодной группы предыдущего. Амплитуда выходного тока близка к величине входного тока, при этом напряжение на нагрузке в N раз больше напряжения источника питания. 4 ил. (Л

1

I

Г

h-o

Tcfi yf7paffj7ff u

/ff,f9 Г6,П

TffffC/ .

Г6.Г7 72.25

W.J9

го, 21

f/arrp fffent t f6J7

/8,Г9

TffH Hoapysf u

f/arrp effifft /Д /«, J5

фие.