Регулируемый автономный инвертор Советский патент 1989 года по МПК H02M7/523 

7i

.х

r rXl9i

W

57

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в установках для индукционного нагрева. Целью является повышение устойчивости работы. Инвертор содержит мост на четырех тиристорах 2-5. В диагональ моста включены коммутирующий дроссель 6 со вторичной обмоткой 7 и коммутирующий конденсатор 8. Катоды возвратных диодов 12, 13 соединены с концами обмоток автотрансформатора 14, средний вывод которых соединен с анодной группой моста, средней точкой цепи из двух конденсаторов 15, 16 через резистор 17. В моменты паузы происходит подзаряд конденсатора 9 от источника питания и уменьшается разность напряжений на конденсаторах 8, 9 /обратное напряжение на тиристорах/. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

tu«

52S

7

Т1

о2

хк

5

II

3150

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке регулиру- еммх источников питания установок индукционного нагрева.

Цель изобретения - повьшшние устойчивости работы, повышение надежности и КПД.

На чертеже представлена принципа- альная схема инвертора.

Инвертор содержит подключенный через дроссель фильтра 1 тиристорньш мост на четырех тиристорах 2-5 с ком мутирую11р1м дросселем 6, имеюпц м вто- ричную обмотку 7, и коммутирующим конденсатором 8 в диагонали переменного тока. Параллельно мосту включена цепь из последовательно соединенных конденсатора фильтра 9, нагрузки 10 и дополнительного дросселя 11. Разноименные выводы диагонали переменного тока тиристорного моста соеднены с анодами возвратных диодов 12 и 13, катоды которых подключены к концам обмоток автотрансформатора 14 средний вывод которого соединен с анодной группой тиристорного моста и средней точкой последовательной цепи из конденсаторов 15, 16 через резистор 17. Вторичная обмотка коммутирующего дросселя соединена с выводами переменного тока однофазного диодного моста 18, отрицательный и положительный выводы постоянного то- ка которого подключены к соответствующим полюсам конденсатора фильтра. Инвертор в установившемся режиме работает следующим образом.

При одновременном отпирании ти- ристоров диагоналей 2, 5 (или 3, 4) начинается колебательньй перезаряд коммутирующего конденсатора 8 по цеп 8-5-11-10-9-2-6-8. Ток через нагрузку 10 изменяет направление и начина- ет протекать в направлении, условно принимаемом за положительное (на чертеже указано стрелкой). После перезаряда конденсатора 8 и спада колебательного тока рассмотренной цепи

до нуля тиристоры 2, 5 выключаются. В работе инвертора наступает пауза, во время которой ток через нагрузку 10 протекает сверху вниз и обеспечивается подзарядом конденсатора филь- тра 9 через дроссель фильтра 1 от источника питания. По истечении паузы включаются тиристоры противоположной диагонали (3, 4) и процесы в ин

0 5 0 5

0 5

0

е

верторе повторяются. За один цикл работы всех тиристоров моста 2-5 п нагрузке получают два полных периода выходного переменного напряжения.

При регулировании выходной мощности (мощности, выделяемой в нагрузке) вводят угол задержки меж;1у моментами отпирания тиристоров катодной группы моста (2 и 5) относительно моментов отпирания тиристоров анодной г руппы (2 и 4). При этом на интервале задержки происходит частичный регулируемьй разряд коммутирующего конденсатора 8 по цепи, не содержа1цей нагрузку. В этом случае мощность в нагрузке оказывается зависимой от угла задержки и уменьшается при его увеличении.

Например, отпирается тиристор 2. Начинается колебательный перезаряд конденсатора 8 по цепи 8-13-14-2-6-8 (конденсатор 8 при отпирании тиристора 2 заряжен как показано на чертеже) . В цепь разряда не входит нагрузка 10. Спустя интервал задержки включается тиристор 5. Диод 13 выключается, так как при включении тиристора 5 образуется контур разряда конденсатора фи-пьтра 9 по цепи 9-14-13-5-11-10-9. Ток контура направлен встречно току диода 13. После запирания диода 13 дальнейший перезаряд конденсатора 8 продолжается по цепи 8-5-11-10-9-2-6-8, включающий нагрузку. После спада тока цепи 8-5- -11-10-9-2-6-8 до нуля тиристоры 2, 5 выключаются, а в работе инвертора наступает пауза. По истечении паузы включается тиристор 4 и далее процессы повторяются (работает диод 12). Регулируя угол задержки, регулируют уровень энергии, поступающей в нагрузку 10 при перезаряде конденсатора 8.

При регулировании в моменты включения тиристоров катодной группы (3, 5) ток возвратных диодов 12 и 13 спадает до нуля и далее из-за наличия в структуре поситемтей заряда некоторое время протекает в отрицательном направлении. После рекомбинации носителей заряда в структуре диодов они резко обрывают ток. При этом образуется путь для тока частей автотрансформатора, вызванного энергией, накопленной в электр()магнит11(1М поле частей автотрансформатора, rui цепям 14-16-17 или 14-15-17.

i50i;

При превышении напряжением на вторичной обмотке 7 комг-| тирующего дросселя 6 напряжения (а к-онденсаторе фильтра 9 происходит отпирание одно- фатного диодног о ;ocтa 18 и напряжение огрл}П1чивас гея на уровне напряжения на фильтровом конденсаторе. Это позволяет путем соответствующего подбора числа питков обмотки 7 снять 10 коммутанионь ые перенапряжения, воз- никаю1 1ие при обрыва тока коммутирующего дросселя 6, Перенапряжения обусловлены эчерг ией, накотгленной в электромагнитном поле дросселя 6 при ком- 15 ратное напряжение на тиристорах).

мутации тиристоров и протекания токо заряда емкостей р-п переходов тиристоров при их выключении и обратных токов тиристоров, связанных с накоплением носителей в структуре. Энергия компутационных перенапряжений велика (особенно на высоких частотах) и рассеивается на элементах инвертора, ухудшая условия их работы Вторичная обмотка 7 коммутирующего дросселя 6 и однофазньй диодный мост 18 представляют рекуперативную цепь, работающую на снятие коммутационных перенапряжений. При работе моста 18 энергия коммутаппонных перенапряже- ный возврапдается (рекуперируется) источнику питания инвертора в достаточно полном объеме,

I Изменения сопротивления нагрузки от номинального значения в сторону КЗ или XX приводит к возникновению замкнутых контуров, включа ющих реактивные элементы, тиристоры анодной группы и возвратные диоды, отделенных от источника питания, что обусловливает жесткость внешней характеристики. В режиме XX (обрыв цепи нагрузки 10) колебания возбуждаются внутри инверторного моста. Тиристоры катоднс й группы (3, 5) при этом не включаются, а коммутирующий конденсатор перезаряжается по цепям 8-13 (12)-14-2()-6-8.

Вторичная обмотка 7 коммутирующего дросселя 6 и диодный мост 18 являются маломощными элементами, ра- б11таю11цтми только в моменты возникновения коммутационных перенапряжений, они не усложняют ин- 5ерторы и их применение не приводит к росту весоглбаритньгх показателей и заметному дополнительному расходу материалов. Выполнение RC-цепи из элементор 15-17 г одним резистором

1336

упрощает ее конструкпию и услопия охлаждения. Применение указанных элементов существенно попытает устойчивость ,КПД и надежность работы инвертора.

По сравнению с прототипом заявляе Mbtft инвертор Имеет более высокую ус- тоГ1чивость работь. В моменты паузы происходит подзаряд конденсатора фильтра 9 от источника питания инвертора и уменьшается разность напряжений на коммутирующем конденсаторе 8 и конденсаторе фильтра 9 (об0

5

Дополнительный разряд коммутирую- | (его конденсатора через обмотки автотрансформатора в прототипе является дополнительным фактором, уменьшающим разность напряжений, что приводит к переходу обратного напряжения на тиристоре при восстановлении им управляющих свойств в положительную обпасть еще в интервале паузы и резкому сокращению времени, предоставляемого для восстановления управляемости и срыву инвертирования. В заявляемом инверторе, благодаря включению дополнительного возвратного дио0 да, отсутствует цепь разряда коммутирующего конденсатора в интервале паузы и напряжение на нем сохраняется постоянным.

Отсутствуют условия для включения

с возвратных диодов в интервалах спада тока коммутирующего контура, что вызывало затягивание тока через тиристоры опережающей (в данном случае

анодной) группы тиристорного моста. Q сокращение времени, предоставляемое

им для восстановления управляющих свойств, нарушение условий коммутации и приводило к срыву инвертирования. Для обеспечения указанных f. условий коммутирующий дроссель выполнен , включен в диагональ переменного тока тиристорного моста, а последовательно с тиристорами не включены индуктивные элементы. Q Включение дросселя 11 в цепь конденсатора фильтра 9 и нагрузки Ю обеспечивает малый уровень прямого напряжения на тиристорах анодной группы при отпирании тиристоров кас тодной группы и регулировании за счет деления суммы напряжений на конденсаторе фильтра 9 и нагрузке 10 между дросселем 11 и работающей частью автотрансформатора 14. Это напряжение

может прикладьшяться скачком и приводить к самопроизвольному включению тиристоров анодной группы за счет

dj d.

высокого

(включение, обусловленное токами гэаряда емкостей р-п переходов). Однонременно дроссель 11 выполняет защитные Лункции по обеспечению малой скорости нарастания тока тиристоров катодной группы при регулировании и срыве инвертирования,

По сравнению с прототипом дополнительно пов.пиается КПД инвертора в

режиме максимальной отдаваемой в на- 15 соединены с концами обмоток грузку мощности, так как отсутствует циркуляционньп т ток разряда коммутирующего конденсатора через обмотки автотрансформатора, повышается надежность работы инвертора, так как 20 ограничиваются коммутационные перенапряжения при обрыве тока возвратных диодов за счет включения RC-цепи из элементов 15,16,17.

По сравнению с прототипом повыша- 25 ется КГТЛ инвертора за счет рекуперации энергии ком 1утационньгх перенапряжений, возникаю1Ш1х при обрыве тока коммутирующего дросселя 6 с помощью вторичной oб toтки 7 и однофазно- ЗО

го диодного мое Til 1В.

автотрансформатора, аноды - с разно именными выводами диагонали перемен ного тока тиристорного моста, средн вывод обмоток автотрансформатора со динен с анодной группой тиристорног моста, в диагональ переменного тока которого последовательно с коммутирующим конденсатором включен коммут рую1ч 1й дроссель, а в упомянутую последовательную цепочку включен дополнительный дроссель.

Повьпиение устойчивости и надежности работы инвертора заключается в уменьшении ко.личества срывов инвертирования при работе на нагрузку с изменяющимися параметрами в широких пределах (установка для индукционного нагрева) и выхода тиристоров и диодов из строя из-за коммутационных перенапряжений, возникаю1и;их при обрыве тока возвратных диодов.

Формула

обретения

Составитель И.Жеребина Техред М. Ходанич

Заказ 4887/54

Тираж 6А6

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

ным выводим через дроссель фильтра тиристорный мост с коммутирующим конденсатором в диагонали переменного тока и последовательную из конденсатора ф1с:ьтра и выходных выводов, причем конденсатор фильтра соединен с анодной группой моста, автотрансформатор, первый возвратньп диод, коммутирующий и дополнительньп дроссели, о т л и ч а ю щ и и с я тем. Что, с целью повышения устойчивости работы, введен второй возвратный диод, причем катоды возвратных

соединены с концами обмоток

автотрансформатора, аноды - с разноименными выводами диагонали переменного тока тиристорного моста, средний вывод обмоток автотрансформатора соединен с анодной группой тиристорного моста, в диагональ переменного тока которого последовательно с коммутирующим конденсатором включен коммути- рую1ч 1й дроссель, а в упомянутую последовательную цепочку включен дополнительный дроссель.

Корректор Т.Палий

Подписное