Тиристорный генератор Советский патент 1990 года по МПК H02M7/523 

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано в ультразвуковых технологических установках индукционного нагрева,

Целью изобретения является повышение надежности за счет увеличения времени, прадоставляемого тиристорам на восстановление работоспособности. На фиг.1 представлена схема генератора ит четырех полумостовых одно- ячейковых инверторов с неразделенными коммутирующими конденсаторами; на фиг.2 - эпюры токов i через тиристоры, напряжения на дросселях U, и тиристорах Ur в граничном режиме при естественной коммутации ( OJ - круговая частота); на фиг.З - эпюры токов и напряжения на тиристорах с паузой между токами в инверторе, большей, чем длительность полуволны тока тиристоров; на фиг.4 - то же, с пауз ой, меньшей, чем длительность полуволны; на фиг,5 - схема генератора с четырьмя последовательными мостовыми инверторами; на фиг.6-8 - схемы генератора из четырех несимметричных; последовательных инверторов с закрытым входом с удвоением выходной частоты с разделенными коммутирующими конденсаторами.

Генератор (фиг.1) содержит тиристоры 1-8 с последовательно включенными с ними магнитосвязанными дросселями 9-16, коммутирующие конденсаторы 17-20, подключенные к нагрузкам 21- 24, фильтровые конденсаторы 25-32 и входной дроссель 33,

Генератор, показанный на фиг,5, дополнительно содержит дроссели 34- 41,тиристоры 42-49 и диоды- 50-53, а генератор, показанный на фиг,6 - 0 дроссели 54-5$ и выходные трансформаторы 57-60.

Генератор работает следующим образом.

Управляющие импульсы на тиристоры инверторов подаются с одинаковой частотой со сдвигом на четверть периода выходной частоты. При сдвиге полуволн токов через тиристоры инверторов появляется возможность индуцирования в цепь запертого тиристора дополнительного отрицательного напряжения,

нительное обратное отрицательное на пряжение в коммутирующий дроссель п ча полумоста другого инвертора, у

- которого в цепи запертого тиристора обратное напряжение растет в сторон положительного напряжения, причем э дополнительное отрицательное напряж ние, приложенное к запертому тирист

10 РУ посредством магнитной связи меж коммутирующими дросселями, по ампл туде возрастает и достигает максимального значения к концу полуволны тока через открытый тиристор. Сдвиг

15 на четверть периода выходной частот на нагрузках позволяет приложить до полнительное отрицательное напряжен к запертому тиристору именно в инте вале перехода напряжения на заперто

20 тиристоре от .обратного отрицательно го в область прямого положительного напряжения.

Применение данного тиристорного генератора рассмотрим применительно

25 схеме, изображенной на фиг.1. При работе тиристоры включаются в соот- ветствиии с их нумерацией. Работу т ристорного генератора и взаимоиндукции коммутирующих дросселей

30 поясняют временные .диаграммы, показ ные на фиг.2-4, построенные для чис то активной нагрузки. Предположим, что в момент t поступает импульс управления на управляющий электрод

35 тиристора 1, последний отпирается под действием остаточного напряжени коммутирующего конденсатора 17, полярность которого показана на фиг.1 а ток протекает по цепи: коммутирую

40 ший конденсатор 17; нагрузка 2J; фильтровый конденсатор 25; коммутирующий дроссель 9; тиристор 1,

45

50

В .момент t( отпирается очередной тиристор 2 и Ј армирует полуволну то следующего последовательного инверт ра по цепи: конденсатор 18} нагрузк 22; фильтровый конденсатор 26; комм тирующий дроссель 10; тиристор 2; к денсатор 18, в котором из-за перезаряда коммутирующего конден ,атора 18 и падения напряжения на нагрузке 22 обратное напряжение на тиристоре 6 нарастает в сторону прямого напря жения, но за счет встречной магнитн

которое формируется во второй полови- связи коммутирующего дросселя 14 с

не полуволны тока в коммутирующем дросселе цепи открытого тиристора --одного инвертора и индуцирует дополнительное обратное отрицательное напряжение в коммутирующий дроссель плеча полумоста другого инвертора, у

которого в цепи запертого тиристора обратное напряжение растет в сторону положительного напряжения, причем это дополнительное отрицательное напряжение, приложенное к запертому тиристоРУ посредством магнитной связи между коммутирующими дросселями, по амплитуде возрастает и достигает максимального значения к концу полуволны тока через открытый тиристор. Сдвиг

5 на четверть периода выходной частоты на нагрузках позволяет приложить дополнительное отрицательное напряжение к запертому тиристору именно в интервале перехода напряжения на запертом

0 тиристоре от .обратного отрицательного в область прямого положительного напряжения.

Применение данного тиристорного генератора рассмотрим применительно к

5 схеме, изображенной на фиг.1. При работе тиристоры включаются в соот- ветствиии с их нумерацией. Работу ти- ристорного генератора и взаимоиндукции коммутирующих дросселей

0 поясняют временные .диаграммы, показанные на фиг.2-4, построенные для чисто активной нагрузки. Предположим, что в момент t поступает импульс управления на управляющий электрод

5 тиристора 1, последний отпирается под действием остаточного напряжения коммутирующего конденсатора 17, полярность которого показана на фиг.1, а ток протекает по цепи: коммутирую0 ший конденсатор 17; нагрузка 2J; фильтровый конденсатор 25; коммутирующий дроссель 9; тиристор 1,

В .момент t( отпирается очередной тиристор 2 и Ј армирует полуволну тока следующего последовательного инвертора по цепи: конденсатор 18} нагрузка 22; фильтровый конденсатор 26; коммутирующий дроссель 10; тиристор 2; конденсатор 18, в котором из-за перезаряда коммутирующего конден ,атора 18 и падения напряжения на нагрузке 22 обратное напряжение на тиристоре 6 нарастает в сторону прямого напряжения, но за счет встречной магнитной

связи коммутирующего дросселя 14 с

коммутирующим дросселем 9 и согласной магнитной связи с коммутирующим дросселем 10 на коммутирующем дроссе-

ле 14 индуцируется дополнительное обратное напряжение длительностью до окончания полуволны тока через тиристор 1, которое, прикладываясь к тиристору 6, увеличивает время деист вия обратного напряжения на/Jt, тем самым увеличивая время, необходимое на восстановление тиристора 6, на /Jt, т.е. с tг на tj (фиг.2,д),

В момент t отпирается тиристор 3 образуя полуволну тока по цепи: конденсатор 19; нагрузка 23; фильтровый конденсатор 27; коммутирующий дроссель 11; тирист.ор 3; конденсатор 19.

Из-за перезаряда коммутирующего конденсатора 19 и падения напряжения на нагрузке 23 на тиристоре 7 напряжние стремится в прямую положительную область, но за счет магнитной связи коммутирующего дросселя 15 с коммутирующими дросселями 10 и 11 встречной и согласной соответственно на тиристоре 7 переход приложенного обратного отрицательного напряжения в прямую положительную область через нулевую линию происходит вместо момента ts (штриховой линией обозначена кривая напряжения U-, на тиристоре 7 без маг

нитной связи (фиг,2)) в момент tL (сплошной линией обозначена кривая напряжения на тиристоре 7 с магнитной связью (фиг.2,е)).

При этом благодаря действию дополнительного обратного отрицательного напряжения взаимоиндукции Ъ L( на коммутирующем дросселе 15 (фиг.2г, интервал t4- t, ) длительность приложения обратного отрицательного . напряжения к тиристору 7 увеличивается на tg- tf, В момент рается тиристор 4, образуя контур для полуволны тока по цепи: конденсатор. 20; нагрузка 24; фильтровый

t 7 отпи-

10

,

582303 . 6°

коммутирующем дросселе 9, обусловленной встречной магнитной связью с коммутирующим дросселем 13, на тиристоре 1 переход напряжения через нулевую линию происходит с задержкой по времени на t, т.е. время, предоставляемое на восстановление управляемости тиристора 1, увеличивается на 4t. В дальнейшем процесс в тиристор- ном генераторе описывается так же.

Напряжение U на рассматриваемом запертом тиристоре 1 от момента отпирания противофазного тиристора плеча полумоста той же ячейки до перехода через нуль описывается уравнением

Ur E - ULf U)3+ , где Е - напряжение источника питания; L - индуктивность дросселя;

0

Ц

5

т di

L -7- - напряжение на коммутирующем дросселе цепи открытого противофазного тиристора гой же ячейки;

м

At

т dk Ь dt

0

и

Ч «

5

di dt

напряжение взаимоиндукции от согласной магнитной связи между коммутирующими дросселями одной ячейки или инвертора;

т dli,

Ьл-- - напряжение взаимоиндук- Э dt

ции от встречной магнитной связи между коммутирующими дросселями разных инверторов;

- скорость нарастания тока на

тиристоре. Из данной формулы видно, что напря

женил U,

U м - величины отри-

Ч II5 цательные во время первой половины

полуволны тока через открытый тирис-, тор плеча полумоста (моста) той же ячейки (инвертора) на запертом ти

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано в ультразвуковых технологических процессах в установках индукционного нагрева. Целью изобретения является повышение надежности за счет увеличения времени, предоставляемого тиристорам на восстановление. Устройство содержит инверторы на тиристорах (Т) 1-8 с магнитосвязанными дросселями 9-16. Нагрузки 21 - 24 включены между фильтровыми конденсаторами 17-20. Магнитосвязаны согласно дроссели разных инверторов, Т которых отпираются одновременно или со сдвигом на 180 эл. град. Магниты связаны встречно дросселем разных инверторов, у которых отпирание Т происходит со сдвигом на 90 эл. град. относительно друг друга, для чего напряжения на нагрузках имеют одинаковую частоту и сдвиг по фазе относительно друг друга на четверть периода выходного напряжения. 8 ил.

конденсатор 28; тиристор 4; конденса- ,с ристоре, обратное отрицательное на-

тор 20. При прохождении полуволны тока через тиристор 4,напряжение на ти- -1- 1 ристоре 8 нарастает из области обратного отрицательного в область прямого положительного, но за счет напряжения взаимоиндукции, индуцированного в коммутирующий дроссель 16 на тиристоре 8, действие обратного отрицательного напряжения увеличивается также на dt. В следующий момент t отпирается .тиристор 5 и напряжение .на тиристоре 1 нарастает в сторону прямой положительной области, но за счет.напряжения взаимоиндукции на

50

55

пряжение которого нарастает в сторону прямой положительной области, причем значение напряжения U , уве личивается к .концу второй половины полуволны тока через тиристор другого инвертора, поэтому при определен ных оптимальных параметрах схемы момент перехода обратного отрицатель ного напряжения, приложенного к запертому тиристору, через нуль происходит в момент прекращения второй половины полуволны тока через тиристоры соседнего инвертора, сдвинутого по фазе на Т/2 по току относительно

0

5

пряжение которого нарастает в сторону прямой положительной области, причем значение напряжения U , увеличивается к .концу второй половины полуволны тока через тиристор другого инвертора, поэтому при определенных оптимальных параметрах схемы момент перехода обратного отрицательного напряжения, приложенного к запертому тиристору, через нуль происходит в момент прекращения второй половины полуволны тока через тиристоры соседнего инвертора, сдвинутого по фазе на Т/2 по току относительно

h

а

UL

Ч

ы,ш

К4,ЈЬ VMft

от.

%

Фиг. г

,Н f у/

50ws 5

ФигЛ

50ws 5

ФУ9.6

Tf

56

r

S fi

Фиг. 7

г

5

.- 0

J Э

/Т

10

«NJ

ГМ

Csj

00

g

Г NJ