Инвертор Советский патент 1989 года по МПК H02M7/523 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке регулн руемых источников пита}1ня повьппенной частоты для электротехнологических установок большой мощности о

Целью является расширение диапазона регулирования выходной мощности.

На чертеже представлена принципиальная схема тиристорного инвертора.

Инвертор содержит четыре инвертор ных моста, каждый из которых состоит из четырех тиристоров 1-А с коммутирующим конденсатором 5 в диагонали Мосты соединены попарно-последовательно через катодный 6, анодный 7 и катодный 8, анодный 9 коммутирующие дроссели соответственно. Пары, мостов подключены к источнику через дроссель 0 фильтра. Параллельно парам мостов включена цепь из конденсатора 11 фильтра и коммутирующего дросселя 12. Катодные и анодные дроссели зашунтированы парами диодов 13- 20, причем для катодных дросселей диоды пар соединены один с другим анодами, а для анодных катодами. Общие точки диодов цепей связаны соответственно с отрицательным и положительным входными вьгоодами через дроссель 10 фильтра. Нагрузка 21 включена между общими точками соедине гая катодных и анодных дросселей.

Тиристорный инвертор работает следующим образом.

При работе в режиме максимальной выходной мощности осуществляется попарное включение тиристорных мостов 22-25о Полный цикл работы инвертора определяется частотой управления тиристорами 1-4 всех четырех мостов и состоит из двух тактов (периодов). За цикл работы всех тиристоров в нагрузке 21 получаем два полных периода переменного напряжения, В течение каждого такта работй инвертора разбивается на девять интервалов„ При этом в каждом полутакте работы (работают 22, 25 или 23, 24) процессы в инверторе повторяются о

Рассмотрим работу в первом полутакте.

Первый интервал.

Отпираются тиристоры 1 и 4 инвер- торных мостов 22-25 и начинается колебательный перезаряд коммутирующих конденсаторов 5( полярность напряжения на них при отпирании тиристоров 1 и 4 показана на чертеже) по конту ру 5(22)-4(22)-6-21-9-1 (25)-5(25-- 4(25)(22)5(22) (цифры в скобках определяют принадлежность элемента соответствующему инверторному мосту), Ток через нагрузку протекает в направлении, условно принимаемом

за положительное. Так только сумма напряжений на коммутирующем конденсаторе 5(22), катодном коммутирующем дросселе 6 станет положительной для диода 15, а сумма напряжений на анодном коммутирующем дросселе 9 и коммутирующем конденсаторе 5(22) - положительной для диода 18, они отпираются, С момента отпирания диодов 15 и 18 начинается второй интервал

0 в работе инвертора.

Второй интервал,

Ток перезаряда коммутирующих конденсаторов 5(22) и 5(25) кнверторных

5 мостов 22 и 25 замыкается по дополнительным контурам 5(22)-4(22).-6-1 5- 1(22)-5(22) и 5(25)4(25)18-9-)(25)- 5(25). При работе диодов 15 и 18 существуют замкнутые контуры, отделен0 ные от источника питания, в результате чего снижается и потребление энергии от источника питания. Параметры схемы выбираются так, чтобы в номинальном режиме работы инвертора

с рассмотренные контуры существовали малое время, а ток диодов 15 и 18 был незначительным. После запирания : диодов 15 и 18 начинается третий интервал в работе инвeptopa,

0

Третий интервал.

Ток перезаряда 5(22) и 5(25) продолжатся по основному контуру 5(22)- 4(22)6-21-9-1(25)-5(25тА(25)-12-П- - 1 (22)- 5(22), После того, как колебательный ток перезаряда достигает максимума и начинает спадать, изменяется полярность напряжения на катодном 6 анодном 9 - коммутирующих Q дросселях. Напряжение на указанных дросселях с уменьщением тока основного контура возрастает. Кик только напряжение на 6 и 7 превысит сумму напряжений на конденсаторе фильтра I 1 и коммутирующем дросселе 12, происходит включение диодов 15, 13 и 18, 20, С этого момеита начинается четвертый интервал в работе инвертора.

Четвертый интервал,

Ток тиристоров 1(22), 4(22) и 1, А(25) быстро спадает до нуля, и тиристоры выключаются. Энергия, н накопленная в магнитном поле катодного 6 и анодного 9 коммутирующих дросселей, возвращается в источник, что обеспечивает протекание тока по контурам 6-15-11-12-13-6 и 9-20-1i-12-18-9. Ток указанных контуров существует до тех пор, пока не израсходуется электромагнитная энергия, накопленная в поле дросселей 6 и 9о При этом происходит подзаряд конденсатора 11 фильтра током контуров, а также током, протекающим через дроссель 10 фильтра от источника питания. Таким образом пополняется израсходованная в нагрузке энергия. Параметры инвертора таковы, что ток рассмотренных контуров существует малое время и амплитуда его невелика в номинальном режиме работы. После выключения диодов 15, 13 и 18, 20 начинается пятый интервал в работе инвертора.

Пятый интервал характеризуется бестоковой паузой в работе инвертора, которая длится до включения тиристоров 1(23), 4(23) и 1(24), 4(24), второго 23 и третьего 24 ти- ристорных мостов. Пауза.обеспечивает увеличение времени, предоставляемого тиристорам для восстановления управляющих свойств. Принципиально пауза может отсутствовать , следовательно, будет отсутствовать и пятый интервал в работе инвертора В этом случае сразу после выключени диодов в четвертом интервале включаются тиристоры 23 и 24 мостов. В пазе происходит подзаряд конденсатора 11 фильтра от источника питания через дроссель 10 фильтра.

По истечении пауз.ы начинаются второй полутакт в работе инвертора и шестой интервал, происходящие в котором процессы полностью повторяют процессы первого интервала за исключением того, что ток нагрузки 21 протекает в отрицательном направ в седьмом интервале работают диоды 19 и 14, а в девятом интервале - 19, 17 и 14, 16.

Второй такт начинается с момента отпирания тиристоров 3(22), 2(22 и 3(25), 2(25). Процессы, пр зисходящие в инверторе, полностью лнало- гичны процессам, происходящим в первом такте работы.-Ток через нагрузку 21 снова протекает в положительном направлении.

Цикл работы заканчивается в момент отпирания тиристоров 1(22), 4(22) и 1(25), 4(25).

Q Таким образом, за полньй инкл работы всех тиристоров 1-4 четырех ин- BepTOpfaix мостов 22-25 в нагрузке получаем два полных периода 1:оремен11о- го напряжения,

5 габота диодов 13-20 обеспечивает жесткость внешней хар:)ктерис 1мки ти- ристорного инвертора Сстабп.:ип,1чю напряжения на элемеи -ах) п диапазона изменения параметров яа0 рузки, вплоть до КЗ.

При регулировании выходной oшнoc- ти ос тцествляюп- сдвиг фазы импульсоп управления тиристорами мостов 23 и 21) от- носнтельно 22 и 24 от протинофаэной

5 работы до синфазной. При синфазной работе происходит одновременное пклю- челне мостов 22-25. Сдвиг по фале управляющих имнульсов менаду тиристорами первой (22,24) и втсфой нары

0 (23, 25) мостов остается постоянным и равным 180 эл.град. во всем диапазоне регулирования , В интервалах одновременной работы ностотз 22-25 образуются внешние контуры переэи- ряда коммутирующих конденсаторов, например 5(22)-4(22)-6-7-(23)-5(23)- 4(23)--12--1Ы(22)5(22) илн 5(22)- 2(22)6-7-3(23)5(23)-2(23)-12-11- 3(22)-5(22), минуя нагрузку, в реQ зультате чего снижается иыходнпя

мощность (от 100% до нуля) при регулировании угла сдвига фазы имнульсов управле1кя тиристогями мостов 23 и 25 относительно 22 и.24 (от противос фазной, т.е. от нуля,., до синфазной, т,е. до 180 эл.град. , подачи)

Режим синфазной работы эквивалентен режиму КЗ инверторных мостов 22- 25. Однако диоды 13-20 оОеспечивсют

Q снижение мощности, потребляемой от источника питания, и предотпращают раскачку напряжения на элементах. При этом регулирование угла фазового сдвига в работе мостов 23 и 25 о гнос сительно 22 и 24 приводит к плавному уменьщению выходной мощности и р.яз- грузке тиристорного инперторл.

В данном инверторе время, предоставляемое тиристорам для пыклю5

чения инверториых мостов обеих групп с увеличением глубины регулирования возрастает, так как мосты смещаются к режиму КЗ. Известно, что время, предоставляемое тиристорам для восстановления управляюгцих свойств, для последовательных инверторов увеличивается при изменении режима в сторону КЗ, Данные инвертор обеспечивает регулирование выходной мощности от 100% до нуля при сохранении устойчивой работы на повышенных частотах.

Таким образом, диапазон регулирования расширяется в 1,4-1,6 раза. При этом частота инвертора может быть постоянной, что требуется в ряде технологических процессов. Инвертор при регулировании обеспечивает симметричную загрузку оборудования мостов по току и напряжению, а также имеет улучшенный гармонический состав тока нагрузки за счет симмет рии импульсов тока и более жесткую внешнюю характеристику.

Формула изобретения

Инвертор, содержащий подключенные к положительному входному выводу через дроссель фильтра анодные группы первой пары тиристорных мостов с коммутирующими конденсаторами в диагоналях переменного тока и последовательную цепь из конденсатора фильтра и коммутирующего дросселя, соединенную свободным концом с отри

цатепьным входным выводом, катодные группы второй пары тиристорных мостов с коммутирующими конденсаторами в диагоналях переменного тока подключены к отрицательному входному выводу, первый катодный коммутирующий дроссель, соединенный одним концом с катодной группой тиристорного моста первой пары, а другим концом - с первым выходным вьшодом, причем второй выходной вьшод соединен с одним концом первого анодного коммутирующего дросселя, подключенного другим

концом к анодной группе тиристорного моста второй пары мостов, а также два диода и йторые анодные и катодные дроссели, отличающийся тем, что, с целью расщирения диапазона регулирования выходной мощности, он снабжен шестью диодами, причем вторые анодный и катодный дроссели подключены аналогично первым дросселям к соответствующим группам свободных мостов первой и второй пары и соединены последовательно с разноименными первыми дросселями, а каждый из указанных дросселей зашунтирован последовательной цепью из двух диодов, причем для катодных дросселей диоды соединены друг с другом анодами, соединенными с отрицательным входным выводом, а для анодных - катодами, соединенными с положительным входным пьшодом через упомянутый дрос- селЬ фильтра.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке регулируемых источников питания повышенной частоты для электротехнологических установок большой мощности. Целью изобретения является расширение диапазона регулирования выходной мощности. Инвертор содержит четыре тиристорных моста 22-25, соединенных попарно-последовательно через катодный и анодный коммутирующие дроссели 6-9. Каждый дроссель зашунтирован парой диодов 13-20. Общие точки диодов 13-20 связаны соответственно с отрицательным и положительным входными выводами через дроссель фильтра 10. Нагрузка 21 включена между общими точками соединения дросселей 6-9. Диоды 13-20 обеспечивают снижение мощности, потребляемой от источника, и предотвращают раскачку напряжения на элементах. При сдвиге в работе мостов 23,25 относительно 22,24 приводит к плавному уменьшению выходной мощности и разгрузке устройства. 1 ил.