Последовательный инвертор Советский патент 1989 года по МПК H02M7/523 

О1

к

со со сю ю

Изобрете ние относится к преобразовательной технике и может быть исполь- зовано в системах электропитания ус- тановок индукционного нагрева метал- лов, ультразвуковой технологии, в источниках питания лазерных технологи- ческих установок и т.д.

Цель изобретения - повышение энергетических показателей путем снижения Q потерь энергии в демпфирующих цепях и ограничения перенапряжений на вентилях .

На фиг.1 приведена схема последовательного инвертора на фиг.2 - вариант 5 выполнения преобразователя постоянного напряжения инвертора.

Последовательный йнвер 1 ор содержит однофазный мост с тиристорами 1-4 и 20 обратными диодами 5-8, комму тир конденсатор 9, коммутирующий дроссель 10. К источнику питания, например выпрямителю, однофазный мост подключен через входной дроссель 11. Через 25 разделительный конденсатор 12 и дроссель 13 к.выходу инвертора подключается нагрузка 14. В устройство входят также демпфируюище цепи, состоящие из зарядных диодов 15-18,демп- Q фирующих конденсаторов 19-22, разрядных трансформаторов, первичные обмотки 23, 24 и 25 и 26 которых подключены соответственно параллельно зарядным диодам 17, 16 и 15, 18, расположенным в диагональных плечах моста, а вторичные обмотки 27, 28 через развязывающие диоды 29 и 30 подсоединены к точке соединения вспомогателЬ- ных демпфирующих конденсаторов 31 и 32. Два других вывода конденсаторов 31 и 32, образующих положительный и отрицательный входные выводы преобразователя 33 постоянного напряжения, подключены соответственно к положи- тельному через диод 34 и отрицательному выводам моста. Точки соединения зарядных диодов 15 и 17 с де мпфирующиг ми конденсаторами 19 и 21 через диоды 35 и 36 сброса связаны с отрицательным входным выводом, а точки соединения диодов 16 и 18 с конденсаторами 20 и 22 через диоды 37 и 38 сброса - с положительным входным выводом преобразовательной ячейки постоянного ; напряжения. Выходные выводы преоб-

разовательной ячейки связаны с одно- ; именными выводами фильтрового конденсатора 39.

35

50

Q

0 5 Q

5

0

Преобразоватщтьная ячейка содержит дроссель 40, подключен(гый через диод 41 к коммутир по1цему контуру, образованному конденсатором 42 и дросселем 43, причем последовательно с дросселем. 43 включен тиристор 44„

Блок 45 управления тиристором 44 содержит преобразователь 46 напряжения в частоту i формирователь 47, связанный с уггравляю цим электродом тиристора 44, Вход блока 45 управления под соединен к выходу датчика 48 напряжения на диоде 34.

На фиг.2 представлен вариант схемы преобразовательной ячейки, содержащей дополнительные диод 49, шунтирующий конденсатор 42, и диод 50, включенный встречно-параллельно тиристору 44.

Последовательньш инвертор работает следую1цим образом.

Импульсы управления (фиг.1) поступают одновременно на тиристоры 1 и 4. Тиристоры включаются и по цепи коммутирующий дроссель 10 - конденсатор 9 - нагрузка 14 - разделительный конденсатор 12 - коммутирующий дроссель 13 проходит полуволна тока. Параметры этой цепи подбираются таким образом,, чтобы процессы в ней носили колебательный характер. Как только ток в силовой цепи меняет направление, включаются диоды 5 и 8, а тиристоры 1 и 4 выключаются, в цепи нагрузки ток проходит в противоположном направлении. По окончании описанного колебательного процесса Диоды 3 и 8 выключаются . При подаче импульсов управления на тиристоры 2 и 3 процессы в инверторе аналогичны.

Одновременно с указанными процессами определенным образом работают и демпфирующие цепочки, В момент выключения силовых диодов 5и8 (6и7) конденсаторы демпфир пощих цепей заряжаются через соответствующие диоды 15 и 18 (16 и 17), ограничивая скорость нарастания напряжения на тиристорах инвертора.

Величина коммутационного всплеска напряжения на тиристорах при -этом в рассматриваемой схеме ограничивается на уровне, равноь значению напряжения на последовательно соединенных конденсаторах 31 и 32, Так, например, если при выключении силовых диодов 5 и 8 напряжение на демпфирующих конденсаторах 19 и 22 превысит уровень напряжения на конденсаторах 31 и 32,

имеющих значятельно большую емкость, то откроются диоды 35 и 38 и параллельно демпфирующем конденсаторам будет подключена большая емкость, заряженная до фиксированного напряжения, равного, поскольку заряд конденсаторов 31 и 32 происходит через диод 34, амплитудному значению напряжения на инверторном мосте. Следовательно, мак-.-. симальное напряжение на демпфирующих конденсаторах равно амплитуде напряжения на тиристорном мосте т.е. амплитуде напряжения на силовом вентиле.

В момент включения силовых тиристоров t и 4 (2 и 3) происходит разряд конденсаторов 19 и 22 (20 и 21) демпфирующей цепочки через первичные обмотки 25 и 26 (23 и 24) разрядных

«5

на диоде 34 11ослед гее достигается с помощью схемы управлен1 я, включающей в себя датчик 48 напряжения н. З диоде 34, преобразователь 46 напряжения в частоту и формирователь 47 импульсов управления. Напряжение на выходе датчика 48 пропорционально среднему значению напряжения на диоде 34, которое управляет частотой преобразователя 46 и, следовательно, частотой импульсов управления тиристора 44.

Если при изменении нагрузки 14 амплитуда напряжения на силовых вентилях снизится, то возрастет среднео напряжение на диоде 34 и, в результате, повысится частота работы п)еобразовательной ячейки 33. Это приведет к более интенсивной передаче энергии трансформаторов, вторичные обмотки ко-20 от вспомогательного источника на кон- торых через диоды 29 (30) подключены денсаторах 31 и 32 в источник питания гшвертора. Вследствие этого напряжение на конденсаторах 31 и 32 будет снижаться, пока не дост.нгнет но- 25

параллельно конденсатору 32. Поскольку емкости конденсаторов 31 и 32 равны, то напряжение на каждом из них

равно

вого уровня амплитуды напряжения на вентилях, а среднее напряжение на диоде 34 и частота преобразователя 33 не вернутся к своим прежним значениям. Аналогичным образом происходит отслеживание при возрастании амплитуды напряжения на вентилях.

Uji 0,5 и„ ,

где Uj - максимальное напряжение на

вентилях инверторного моста При этом условие максимальной эффективности рекуперации запишется в виде:

К-п 1,

где п - коэффициент трансформации; К - коэффициент связи первичной и вторичной обмотки разрядных трансформаторов. Эффективность рекуперации в предлагаемом устройстве не зависит ,от .параметров режима работы схемы, а определяется только параметрами трансформаторов: коэффициентом связи .обмоток и коэффициентом трансформации. Возврат энергии, поступающей в источник питания инвертора (конденсатор 39), осуществляется преобразовательной ячейкой 33.

При работе инвертора на нагрузку с изменяюпщмися параметрами для обеспечения максимальной эффективности рекуперации энергии демпфирующих цепей напряжение на конденсаторах 31, 32 должно отслеживать изменяюощйся уровень амплитуды напряжения на вентилях или, что то же самое, стабилизировать среднее значение напряжения

на диоде 34 11ослед гее достигается с помощью схемы управлен1 я, включающей в себя датчик 48 напряжения н. З диоде 34, преобразователь 46 напряжения в частоту и формирователь 47 импульсов управления. Напряжение на выходе датчика 48 пропорционально среднему значению напряжения на диоде 34, которое управляет частотой преобразователя 46 и, следовательно, частотой импульсов управления тиристора 44.

Если при изменении нагрузки 14 амплитуда напряжения на силовых вентилях снизится, то возрастет среднео напряжение на диоде 34 и, в результате, повысится частота работы п)еобразовательной ячейки 33. Это приведет к более интенсивной передаче энергии 0 от вспомогательного источника на кон- денсаторах 31 и 32 в источник питания гшвертора. Вследствие этого напряжение на конденсаторах 31 и 32 будет снижаться, пока не дост.нгнет но- 5

0

5

0

вого уровня амплитуды напряжения на вентилях, а среднее напряжение на диоде 34 и частота преобразователя 33 не вернутся к своим прежним значениям. Аналогичным образом происходит отслеживание при возрастании амплитуды напряжения на вентилях.

Преобразователь постоянного напряжения, изображенный на фиг.2, в отличие от преобразователя 33 сод-ер- жит дополнительные диоды 49 и 50. Эти диоды предотвращают перезаряд кон- денсатора 42 и обеспечивают снижение амплитуды напряжения на нем и тиристоре 44 практически до уровня напряжения источника, образованного конденсаторами 31 и 32, Включение указанных диодов позволяет снизить требования к маломощному тиристору 44, класс тиристора может быть таким же, как у силовых вентлпей инвертора.Таким образом, по сравнению с из- вестньм в предлагаемом устройстве обеспечивается снижение потерь э нер- гии, особенно на высоких частотах в Q демпфируюил гх цепях, за счет исключения резисторов и, кроме того, происходит ограничение величины скачка напряжения на вентилях в момеьгт выключения обратного диода за счет подключения к демпфирующим конденсаторам дополнительных демпфируюЕц х конденса- . торов. Использование принципа дозированной передачи энергии, реализуемого с помоиью частотно-регулируемой

5

5

пЬеобразовательной ячейки позволяет о|гслеживать любое изменение амплиту- д|з1 напряжения на вентилях и тем са- мЬм обеспечить возврат энергии демпфирующих цепей в источник питания вне зависимости от параметров режима ра- преобразователя.

ормула изобретения

1, Последовательный инвертор, Со- .ржащий однофазный мост на тиристо- , шунтированных обратныг-ш диодами,

коммутирую1и 1м LC-контуром, диаго- постоянного тока через сглаживающий LC-фильтр подсоединенный к входным выводам и через последовательно соединенные разделительные конденсатор и дроссель - к выходным вы- водам, демпфирунзщие цепи, каждая из которых состоит из последовательно соединенных зарядного диода и демпфирующего конденсатора и подключена.параллельно согласно соответствующему тиристору моста, разрядные трансформаторы, первичные обмотки которых вклюt: ены соответственно параллельно упомя ьутым зарядным диодам, расположенным диагональных плечах моста, о т л и- а ю щ и и с я тем, что, с целью по ышения энергетических показателей

утем снижения потерь энергии в.демпфирующих цепях и ограничения перена- гряжений на вентилях, он дополнительно снабжен преобразовательной ячей

ой постоянного напряжения с блоком правления, двумя вспомогательными демпфирующими конденсаторами, разделительным диодом, двумя развязывающи- Ш диодами и четырьмя диодами сброса, |гри этом вторичные обмотки разрядных трансформаторов через развязывающие Диоды подключгшы к общей точке соеди

5 Q 5 о

5

д

нения вспомогательных демпфирующих конденсаторов, свободные в ыводы которых подключены к входным выводам преобразовательной ячейки и через разделительный диод, включенный в обратном направлении, - к диагонали постоянного тока -моста, выход преобра- зовательной ячейки подключен к выводам конденсатора сглаживающего LC-фильтра, каждый из первый двух диодов сброса подссэдинен катодом к положительному входному выводу преобразовательной ячейкиг а анодом - к катоду диода соответствующей демпфирующей цепи тиристоров катодной группы моста, а каждый из других двух диодов сброса подключен анодом к отрицательному .входному выводу преобразовательной ячейки, катодом - к аноду диода соответствующей демпфирующей цепи тиристоров анодной группы моста, причем преобразовательная ячейка выполнена в виде последовательной цепи из первого дросселя, диода, тиристора- и второго дросселя, подсоединенной между одноименными входным и выходным вывсэдами ячейки и конденсатора,подключенного между точкой соединения упомянутых диода и тиристора и объединенными противоположными входным и выходным выводами ячейки,

I

2,Инвертор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен датчиком среднего напряжения на разделительном диоде, подключенным выходом

к входу блока управления.

3.Инвертор по п.1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что конденсатор и тиристор преобразователя постоянного напряжения зашунтированы в обратном направлении диодами.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания установок индукционного нагрева. Цель изобретения - повышение энергетических показателей путем снижения потерь энергии в демпфирующих цепях и ограничения перенапряжений на вентилях. Устройство содержит мост на тиристорах 1 - 4. Через разделительный конденсатор 12 и дроссель 13 к выходу устройства подключена нагрузка 14. Демпфирующие цепи состоят из зарядных диодов 15 - 18 и конденсаторов 19 - 22. Первичные обмотки 23 - 26 разрядных трансформаторов включены соответственно параллельно зарядным диодам 17, 16 и 15, 18, расположенным в диагональных плечах моста. Вторичные обмотки 27, 28 через развязывающие диоды 29, 30 подсоединены к точке соединения вспомогательных демпфирующих конденсаторов 31, 32. Другие выводы конденсаторов через преобразователь постоянного напряжения 33 соединены со входными выводами инвертора. Энергетические показатели инвертора улучшаются за счет исключения демпфирующих резисторов и использования регуляции энергии из демпфирующих конденсаторов в источник питания. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.