Автономный инвертор Советский патент 1989 года по МПК H02M7/521 

О1

N:

ее

ос

ОС

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в электротехнологии, за- 1рядных преобразователях, источниках |питания электрофизических установок

Целью изобретения является параметрическая стабилизация и регулирование мощности, инвертируемой в нагрузку, повышение надежности работы и улучшение формы инвертированного тока,

На фиг. 1-4 приведены прин™ ципиальные схемы автономных инверто- ров; на фиг.5 и 6 - временные диаграммы токов i и напряжений U.

Автономный инвертор (фиг,1) содержит последовательно включенные в цеп постоянного тока источника питания основную обмотку 1 токоограничиваю- щего реактора и мост на тиристорах 2-5, в диагональ которого включены соединенные последовательно нагрузка 6 и конденсатор 1, Дополнительную об мотку 8 токоограничивающего реактора шунтируют в направлении от конца к началу два последовательно соединенн дополнительных тиристора 9 и 10,входящих в преобразовательный блок 11, начало обмотки 1 реактора подключено к положительному выводу источника питания, средняя точка обмотки 8 подключена к одному выводу нагрузки 6, а общая точка соединения тиристоров 9 и 10 - к другому.

Преобразователь работает следующим образом.

К моменту t (фиг.5) конденсатор I заряжен до напряжения источника пи- ;тания Е. Ток нагрузки 6 замыкается ;через тиристор 10 и соединенную с iним половину обмотки В, i ток на выходе блока 11, В момент t включаются тиристоры 2 и 3, а также пода ется отпирающий импульс i , с длительностью, равной полупериоду работы инвертора (Т,..../2) на тиристор 9,

И Н о

Ток нагрузки i меняет направление и начинает протекать по контуру,, содер ;жащему последовательно соединенные источник питания Е, обмотку 1 реактора, тиристор 2, нагрузку 6, кон- :денсатор 7 и тиристор. По этому же ;контуру начинает перезаряжаться кон- : денсатор 7. Тиристор 10 обесточива- ется и к нему прикладывается обрат- ное напряжение.-В момент t, напряже- ние на конденсаторе достигает зна

i О

-

5

чения напряжения источника питания Е и напряжение на обМотках токоограничивающего реактора изменяет знак. Появляется условие для включения тиристора 9, после чего ток нагрузки, сохраняя направление, замыкается через тиристор 9 и соединенную с ним половину обмотки 8. Остальные элементы инвертора обесточиваются. К тиристорам 2 и 3 дывается обратное иягфяжение и они восстанавливают свои управляющие свойства.

В момент t включением пары тиристоров 4 и 5 и подачей отпирающего импульса длительностью на тиристор 10 начинается следующий полупериод инвертирования. Ток нагрузки 6 изменяет направление и начинает протекать по контуру, содержащему последовательно соединенные источник питания Е, обмотку 1, тиристор 5, конденсатор 7, нагрузку 6 и тиристор 4. Тиристор 9 обесточивается и к нему прикладывается обратное напряжение.

В момент t3 напряжение на конденсаторе достигает значения Е и ток нагрузки замыкается через открывшийся тиристор 10 и сое,-т шенн5то с ним половину обмотки 8, Остальные элементы инвертора обесточиваются. Ти- ристоры 4 и 5 восстанавливают свои запирающие свойства,

В момент t включаются тиристоры 2 и 3s подается отпирающий импульс на тиристор 9 и процессы в преобразователе повторяются.

В автономном инверторе (фиг.2) дополнительную обмотку 8 токоограничивающего реактора шунтирует в направлении от конца к началу диагональ постоянного тока моста на дополнительных тиристорах 9, 10, 12, 13, входящего в состав преобразовательного блока 11, Начало обмотки 1 подключено к положительному выводу ис точника питания, а диагональ переменного тока уоста на тиристорах 9, 10, 12, 13 подключена параллельно нагрузке 6. .

Преобразователь работает следую- щи; образом.

К моменту t (J (фиг. 5) конденсатор заряжен до напряжения источника питания Е. Ток нагрузки 6 замыкается через тиристор 10, обмотку 8 и тиристор 12. В момент to включаются

ристоры 2 и 3, а также подаются от- пираюш 1е импульсы с длительностью, равной полупериоду работы инвертора на тиристоры 9 и 13 Ток нагрузки меняет направление и начинает протекать по контуру, содержащему последовательно соединенные источник питания, обмотку 1 реактора, тиристор 2, нагрузку 6, конденсатор 7 и тиристор 3. По этому жз контуру начинает перезаряжаться конденсатор 7, Тиристоры 10 и 12 обесточиваются и к ним прикладывается обратное напряжение.

В момент t напряжение на конденсаторе достигает значения напряжения источника питания Е и напряжение на обмотках токоограничивающего реактора изменяет знак. Ток нагрузки начинает замыкаться через тиристоры 9 и 13, а также обмотку 8. Остальные элементы инвертора обесточиваются. К тиристорам 2 и 3 прикладывается обратное напряженке.

В момент 12 включением пары тиристоров 4 и 5 и подачей отпираюи: их импульсов длительностью на тиристоры 10 и 12 начинается следующий полупериод инвертирования. Ток нагрузки 6 изменяет направление и начинает протекать по контуру, содержащему последовательно соединенные источник питания, обмотку 1, тиристор 5, конденсатор 7, нагрузку 6 и тиристор 4. Тиристоры 9 и 13 обесто- чиваются и к ним прикладывается обратное напряжение.

В момент t напряжение на конденсаторе достигает значения Е и ток нагрузки замыкается через открывшиеся тиристоры 10 и 12, а также обмот- ку 8, Остальные элементы обесточиваются.

В момент t включаются тиристоры 2 и 3, подаются отпирающие импульсы на тиристоры 9 и 13-, и процессы в преобразователе повторяются.

Автономный инвертор (фиг.З) дополняется обмоткой сброса 14, подключенной параллельно источнику питания через обратный диод 15, включенный встречно по отношению к источнику.

Преобразователь работает следую- образом.

Диод 15 нормально заперт, и дополнительная цепочка не оказывает влияния на работу преобразователя. При резком уменьшении нагрузки 6

5293816

увеличивается напряжение на обмот5

0

5

5

0

как реактора и при достижении напряжения на обмотке 8 величины U -

.

где W.

и .- ЧИСЛО витков

0

обмоток 8 и 1 соответственно, диод 15 открывается, и излишек энергии, накопившейся в реакторе, c6pacbi- вается обмоткой 14 через диод 15 в источник питания.

Исполнение в автономном инверторе дополнительных тиристоров двух- операционными позволяет стабнл)Езо- вать к регулировать пере даваемую мощность при постоянной частоте инвертирования .

До момента t (фиг.6) процессы аналогичны .()писаннь М. В момент времени t, ток нагрузки замыкается через тиристор 9 (9, 13) и соединенную с ним половину обмотки 8, В I

момент tf подается одновременно запирающей импульс на дв. хоперацион- ный тиристор 9 (9, 13) и отпирающий на двухоперационный тиристор 10 (Юу 12). В результате ток нагрузки 6 меняет направление и замыкается уже через двухоперационный тиристор 10 (10,12) и соединенную с ним половину обмотки 8. В момент tj подаются импульсы: отпирающий - на тиристор 9 (9, 13) и .запирающий - на тиристор 10 (10,12), ток нагрузки снова изменяется в направлении и замыкается по той же цепи, как и в моменч t , и т.д. вплоть до момента t, В момент t открывается следующая пара тирийторов 4 и 5, и процессы в преобразователе повторяются. I

Тот же эффект достигается включением параллельно нагрузке 6 дополнительного конденсатора 16 (фиг.4).

Преобразователь функционирует аналогично, но дополнительные тиристоры одноопёрац чонные, причем конденсатор 16 осуществляет устойчивую взаимо- коммутацию тиристоров 9 (9, 13) и 10 (10, 13); к моменту включения следующей пары этих тиристоров конденсатор 16 заряжается встречно по отношению к уже работавшей паре и после включения очередного (очередной пары) тиристора поддерживает по преды- (предыдул ей паре) обратное напряжение до восстановления им (ими) управляющих свойств.

г Энергия, передаваемая автономным инвертором за период инвертирования |() в нагрузку, определяется выражением

W 2 СЕ2 +2

СЕ и„(

- 1).

С

UH

емкость конденсатора 7; напряжение на нагрузке 6;

Ктр

Ь.

W.

где W и Wg число витков обмоток 1 и 8 соответственно. Мощность, передаваемая инвертором в нагрузку, составит

Р f

мне

W

где tuHB частота инвертирования.

Как следует из приведенных.вьфа- жений, при К р 1 мощность, передаваемая устройством в нагрузку, равна Р 2 СЕ i мне и не зависит от параметров нагрузки, что при постоянстве параметров G, Е и fnne обеспе- |чивает параметрическую стабилизацию мощности в нагрузке, I Регулирование выходного тока и. напряжения возможно как частотным способом, так и дискретно переключением отводов обмоток реактора, изменяя таким образом К.

В автономном инверторе мгновенное значение тока любого из элементов не превышает тока нагрузкиj нет необходимости обеспечивать подготови- тельный заряд конденсатора 7 в пусковых режимах, ослаблено либо от- сутствует при К тр 1 влияние на- грузки на режим работы преобразова- теля. Отмеченные особенности автономного инвертора определяют их вы сокую надежность при изменении нагрузки в широких пределах, вплоть до короткого замыкания.

Потребители энергии в электротехнологии, зарядных преобразователях, электрофизических установках питаютс часто постоянным сглаженным током. Если нагрузка 6 представляет собой цепочку трансформатор - выпрямитель Формула изобретени 1, Автономный инвертор, содержафильтр - потребитель, то в этом случае.с щий подключенный к входным выводам

.,.,- .J «fJ

оптимальной будет близкая к прямоугольной форма инвертированного тока, так как при это1 упрощается фильтрация тока после выпрямления и улучшачерез обмотку токоограничивающего р актора тиристорный мост, в диагонал переменного тока которого включецзы соединенные последовательно цепь на

5293818

ется использование вентильного оборудования. Как видно из фир,5, при достаточной величине индуктивности токо- ограпичивагаигего реактора автономный 5 инвертор обеспечивает именно такую улучшелн1по по сравнению с прототипом форму инвертированного тока.

Поскольку ток в нагрузке не может претерпевать резких изменений (последовательно с нагрузкой всегда оказывается включенным токоограничивающий реактор), скачкообразное уменьшение нагрузки приводит к соответствующим скачкам напряжения как на нагрузке, так и на элементах схемы. Введение обмотки 14 и диода 15 позволяет заведомо ограничить уровень перенапряWi

10

15

20

25

30

35

40

50

жений величиной U Е

W

и, таким

Н

образом,повысить надежность работы схемы при резких уменьшениях нагрузки, которые особенно характерны для потребителей в электрофизике и элек- тротехнологии.

Основной способ регулирования инвертора - частотный, что в случае применения согласующего трансформатора на выходе инвертора приводит к существенному увеличению его габаритов при работе на яс льь-: уровнях мощности.

Замена одкооперационных тиристоров двухоперационными позволяет поддерживать постоянной частоту инвертирования, регулируя при этом моищость в нагрузке частотой перезаряда конденсатора 7,

Конденсатор 16, включенный параллельно нагрузке, позволяет устойчиво взаимокоммутировать дополнительные од- нооперационные тиристоры 9, 10 (12 и 13) и таким образом решать задачу поддержания постоянства частоты инвертирования, не прибегая к замене однооперационных тиристоров двухоперационными. Кроме того, конденсатор 16 обеспечивает обратное напряжение на тиристорах 2-5 мостах при их пе- реключении5 повышая надежность работы,

Формула изобретения 1, Автономный инвертор, содержа.с щий подключенный к входным выводам

через обмотку токоограничивающего реактора тиристорный мост, в диагональ переменного тока которого включецзы , соединенные последовательно цепь нагрузки и конденсатор, отличаю- .щ и и с я тем, что, с целью парамет- рич еской стабилизации и регутщрования мощности, инвертируемой в нагрузку, повышения надежности работы и улучшения формы инвертированного тока, реактор снабжен дополнительной обмоткой и введен преобразовательный блок переменного тока в переменный, подклю ченный своим входом к дополнительной обмотке, а выходом - параллельно цепи нагрузки.

2,Инвертор по п.1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что преобразователь- ный блок Бьшолнен в виде двух последовательно соединенных дополнительных тиристоров, шунтирующих дополнительную обмотку реактора, выполненную со средней точкой, в направлении от кон- ца к началу, начало обмотки реактора подключено к положительному входному выводу, а к выводам, цепи нагрузки под1слючены средняя точка дополнительной обмотки реактора и общая точка соединения дополнительных тиристоров преобразовательного блока,

3.Инвертор по П.1, отличающий с я тем, что преобразовательный блок выполнен в виде дополни-

тельного тирнсторного места, диагональю постоянного тока шунтирующего дополнительную обмотку от конца к началу, начало основной обмотки реактора подключено к положительному входному выводу, а диагональ переменного тока дополнительного тиристорно- го моста подьслючена параллельн.э цепи нагрузки.

4. Инвертор по пп. 1-3,

о т л ичающийся тем, что, с целью повышения надежности работы при резком уменьшении нагрузки, токоограни- чнваюи ли реактор снабжен обметкой сброса энергии, подключенной параллельно входным выводам через зиедэн- ный обратный диод.

5.Инвертор по пп. 1-4i отличающийся тем, что, с целью стабилизации и регулирования выходной мощности при постоянной частоте, инвертирования,тиристоры преобразовательного блока выполнены двухопера- ционными.

6.Инвертор по пп. 1-4, о т л и- чающийся тем, что параллельно цепи нагрузки включен введеиньш дополнительный конденсатор.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в электротехнологии, зарядных преобразователях, источниках питания электрофизических установок. Цель изобретения - параметрическая стабилизация и регулирование мощности, инвертируемой в нагрузку, повышение надежности работы и улучшение формы инвертированного тока. Устройство содержит основную обмотку 1 токоограничивающего реактора и мост на тиристорах 2-5. Токоограничивающий реактор снабжен дополнительной обмоткой 8, подключенной к преобразовательному блоку 11, выход которого подключен параллельно нагрузке 6. В инверторе мгновенное значение тока любого из элементов не превышает тока нагрузки. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

Фиё. г

15

L

I I

nXAJ

1

2

I 1

«. .

oArw

5 d}7 -

u

V

Фив.д

/5

ФигЛ