Автономный последовательный инвертор Советский патент 1990 года по МПК H02M7/523 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в тиристорных генераторах и преобразователях частоты, применяемых в системах электропитания технологических установок.

Целью изобретения является расширение частотного диапазона и повышение надежности.

На фиг. 1 и 2 представлены принципиальные схемы автономного последовательного инвертора; на фиг. 3 - диаграммы напряжения на элементах инвертора-, на фиг. 4 - примеры схем исполнения инвертора.

Автономный последовательный инвер- тор (фиг.1) содержит встречно-парал- лельно включенные пары прямых 1,2 и встречных 3,4 вентилей,средние точки которых связаны через LC-контур 5 смещения, входной фильтр,состоящий из дросселей 6,7 и конденсаторов 8,9 между которыми включена первичная обмотка выходного трансформатора JO, средняя точка которой через коммутирующий LC-контур 11 соединена с общей точкой встречных вентилей вторич- ная обмотка выходного трансформатора связана с нагрузкой 12. Цепи управления прямых вентилей содержат импульсные трансформаторы 13 и 14, развязывающие диодно-резистивные цепи 15-18, транзисторные ключи, состоящие из основных 19, 20 и вспомогательных 21, 22 транзисторов, ограничительных резисторов 23-26, отсекающих диодов 27 и 28 и трансформаторов 29 и 30 тока и источников питания 31 и 32 Вентили 33 , соединяющие обмотки трансформатора 10 с выводами дросселей 6 и 7, осуществляют ограничение напряжения на нагрузке в случае . резкого увеличения ее сопротивления.

На фиг. 2 источники 31 и 32 выполнены в виде выпрямителей, подсоединенных к вторичным обмоткам трансформатора 35 тока.

На фиг. 3 приведены диаграммы импульсов управления iij,,, j поступающих на вентили 1,2 тбкэ управляю

5

0

5

0

5

0

5

0

5

щего перехода lunp,, тока 14 в коммутирующей LC-цепи и напряжения U, на вентиле 1.

На фиг, 4 изображен пример реализации изобретения в инверторе без контура смещения; на фиг. 5 - то же, в мостовом инверторе на Фиг. 6 - схема подключения цепей управления при использовании комбинированно включаемых тиристоров.

Инвертор работает следующим образом.

В первом такте при подаче импульса управления на первичную обмотку импульсного трансформатора 13 происходит отпирание вентиля 1 (верхняя первичная обмотка трансформатора 13). При этом по контуру 8-29-1-5-11-10 (верхняя полуобмотка выходного трансформатора 10) - 8 протекает близкий по Форме к синусоидальному импульс прямого тока, при этом конденсаторы контуров коммутирующего 11 и смещения 5 заряжаются в сумме до напряжения UI, которое примерно равно двойному напряжению на фильтровом конденсаторе 8. Это напряжение распределяется между конденсаторами контуров обратно пропорционально их емкости, причем левые обкладки будут иметь знак -, правые Ч, что обеспечивает выключение основного вентиля 1.

Одновременно с управляющим переходом вентиля 1 импульс управления за счет нижней вторичной обмотки импульсного трансформатора 13 подается на эмиттерно-базовый переход основного транзистора 19, смещая его в обратном направлении, на время, равное длительности управляющего импульса, тем самым разрывая цепь протекания обратного управляющего тока через управляющий переход вентиля 1 (плюс источника 31 питания- эмиттерно-кол- лекторный переход транзистора 19 - резистор 23 - катод-управляющий переход вентиля 1 - импульс источника 31 питания). Кроме того, с началом формирования импульса прямого инвертированного тока через вентиль 1 и в течение всего времени его протекани с помощью трансформатора 29 через эмиттерно-базовый переход вспомогательного транзистора 21 протекает ток, смещая его в прямом направлении При этом по цепи: плюс источника питания 31 - эмиттерно-коллекторный переход транзистора 21 - резистор 25 - минус источника 31 питания протекает импульс тока с длительностью, равной длительности импульса тока через прямой вентиль 1, причем открытый и насыщенный транзистор 21 шунтирует эмиттерно-коллекторным переходом эмиттерно-базовый переход транзистора 19, тем самым удерживая его в закрытом состоянии, т.е. с момента подачи управляющего импульса на вентиль 1 и в течение всего времени протекания импульса прямого инвертированного тока транзистор 19 выключен и разрывает цепь протекания обратного управляющего тока через управляющий переход вентиля 1.

При включении обратного вентиля 3 по контуру 11-3-8-10 (верхняя полуобмотка выходного трансформатора 10) - 11 протекает близкий по форме к синусоидальному импульс обратного тока, при этом конденсатор коммутирующего контура 11 частично разряжается, а конденсатор контура смещения не перезаряжается и обеспечивает повышенное обратное напряжение на прямом вентиле 1 в течение всего времени протекания тока через встречный вентиль 3. Длительность тока через встречные вентили при этом равна длительности тока через основные вентили.

Одновременно с окончанием импульса прямого тока через вентиль 1 выходит из насыщения транзистор 21 , а эмиттерно-базовый переход транзистора 1 9 смещается в прямом направлении по цепи: плюс источника 31 питания - эмиттерно-базовый переход транзистора 19 - резис тор 25 - минус источника 31 питания, удерживая его во включенном и насыщенном состоянии. При этом по цепи: плюс источника питания - эмиттерно- коллекторный переход транзистора 19 - резистор 23 - катод управляющий электрод вентиля 1 - минус источника 31 питания протекает ток, запирающий вентиль 1 до момента прихода очередного управляющего им

10

5576546

пульса в первичную обмотку импульсного трансформатора 13. Величина этого тока определяется величиной ограничительного резистора 23.

Во втором такте с приходом управляющего сигнала на импульсный трансформатор 14 и вентиль 2 происходят электромагнитные процессы, аналогичные описанным в первом такте, при этом ток прямого вентиля 2 протекает по контуру 9, 10 (нижняя полуобмотка выходного трансформатора 10)- 11-5- -2-30-9,конденсаторы контуров 5 смещения и коммутирующего контура перезаряжаются, причем амплитуда напряжения на конденсаторах обратно пропорциональна их емкости. Транзистор 20 запирается сначала управляющим импульсом с помощью нижней вторичной обмотки трансформатора 14, а затем вспомогательным транзистором 22 на период протекания тока через прямой вентиль 2. По окончании прямого тока вентиля 2 с включением встречного вентиля 4 протекает импульс встречного тока по контуру 11-10 (нижняя полуобмотка выходного трансформатора 10)- 9-4-11, при этом конденсатор коммутирующего КЪнтура 1 1 частично

15

20

25

30

5

0

5

0

5

разряжается, а конденсатор контура смещения не перезаряжается и обеспечивает повышенное обратное напряжение на прямом вентиле 2 в течение всего времени протекания тока через встречный вентиль 4. Одновременно с окончанием импульса тока через вентиль 2 включается ключ на транзисторах 20, 22 и подключает источник 32 питания к управляющему переходу вентиля 2 йо встречном направлении по контуру: плюс источника питания 32 - эмиттерно-коллекторный переход транзистора 20 - ограничительный резистор 24 - катод-управляющий переход вентиля 2 - минус источника 32 питания.

Таким образом, дополнительные цепи позволяют организовать протекание отрицательного тока через управляющий переход прямого вентиля, что дает возможность сократить время выключения вентиля на 10-12% и, как следствие, повысить надежность и расширить частотный диапазон. При этом запирающий ток формируется путем включения источника постоянного напряжения через ограничительный резистор, величина которого может

быть выбрана исходя из типа вентиля и его особенностей, непосредственно к управляющему переходу вентиля, а выключение запирающего тока осуще- ствляется на время работы прямого вентиля током самого вентиля.

Формула изобретения

1. Автономный последовательный ин- вертор, содержащий встречно-параллельно включенные последовательные пары прямых и обратных вентилей, средние точки которых соединены через LC-контур смещения, и фильтр, состоящий из двух последовательно соединенных LC-цепей, конденсатор каждой из которых свободным выводом соединен с разноименными выводами первичных обмоток выходного трансфер матора, другие выводы которых через LC-коммутирующий контур соединены с общей точкой встречных вентилей,причем обгоне точки прямых и встречных вентилей соединены через дроссели соответствующих LC-цепей фильтра с входными выводами, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона и повышения надежности, он снабжен дополни- тельными трансформаторами тока, первичная обмотка каждого из которых включена в цепь силового тока соответствующего прямого вентиля, и вспомогательными узлами по числу прямых вентилей,при этом каждый вспомогательный узел состоит из импульсного трансформатора с двумя вторичными обмотками, последовательно с каждой из которых включена соответствующая по-

следовательная резистивно-диодная цепочка, двух транзисторов, двух резисторов, одного диода и вспомогательного источника питания, начало первой вторичной обмотки через прямовключен- ную соответствующую резистивно-диод- ную цепочку связано с управляющим выводом соответствующего прямого вентиля, а ее конец - с катодом того же вентиля, начало второй вторичной обмотки через свою прямовключенную ре- зистивно-диодную цепочку связано с общей точкой, образованной базой первого и коллектором второго транзисторов и подключенной через первый резистор к управляющему выводу упомянутого прямого вентиля и отрицательному выводу вспомогательного источника питания, а конец вторичной обмотки подключен к эмиттерам упомянутых транзисторов и положительному выводу вспомогательного источника питания, вторичная обмотка трансформатора тока зашунтирована диодом во встречном направлении и подключена к эмиттерно- базовому переходу второго транзистора началом к эмиттеру, коллектор первого транзистора через второй резистор соединен с катодом упомянутого прямого вентиля.

2, Инвертор по п. 1, о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что вспомогательный источник питания выполнен в виде выпрямителя, выводы переменного тока которого подключены к вторичной обмотке дополнительного трансформатора, первичная обмотка которого включена последовательно с LC-коммутирующим контуром .

vo

фигЗ

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в тиристорных преобразователях частоты. Цель изобретения - расширение частотного диапазона и повышение надежности. Инвертор содержит встречно-параллельно включенные пары прямых 1, 2 и встречных 3, 4 вентилей, средние точки которых связаны через LC-контур смещения 5. Входной фильтр состоит из дросселей 6, 7 и конденсаторов 8, 9, между которыми включены первичные обмотки выходного трансформатора 10. Общая точка первичных обмоток соединена с общей точкой встречных вентилей 3, 4 через LC-коммутирующий контур 11. Цепи управления прямых вентилей содержат импульсные трансформаторы 13, 14, развязывающие диодно-резистивные цепи 15 - 18, транзисторные ключи из основных 19, 20 и вспомогательных 21, 22 транзисторов. Трансформаторы тока 29, 30 включены в анодные цепи прямых вентилей 1, 2. Благодаря сокращению времени выключения расширяется диапазон рабочих частот и повышается надежность инвертора. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

je-TW-v

8

rv-Hj

Л Г

зч

7 f -VA-A r

Фие -

ILJL I

-J

Фиа.6