Инвертор Советский патент 1990 года по МПК H02M7/523 H02M3/315 

СП Ю СХ О 00

VJ

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к преобразователям с дозированной передачей энергии в нагрузку, и может быть использовано в качестве источника питания для злектротех- нологических процессов с широким диапазоном изменения нагрузки.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей, диапазона допускаемых нагрузок и улучшение массогабаритных показателей.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема инвертора с дозированной передачей энергии в нагрузку; на фиг. 2 - схема устройства управления инвертором; на фиг. 3 - временные диаграммы выходного тока 1н.

Инвертор состоит из двух ячеек, подключенных к дросселю 1 и соединенным последовательно двум конденсаторам 2 и 3 фильтра. Дроссель 1 соединен с источником 4. Каждая ячейка содержит соединенные последовательно зарядный тиристор 5, разрядный тиристор 6, встречные первый диод 7 и второй диод 8. Между точками соединения тиристоров между собой и диодов меж-- ду собой включены цепочки, состоящие из последовательно соединенных коммутирующего конденсатора 9 и дросселя 10. Точка соединения разрядного тиристора 6 и первого встречного диода 7 соединена с общей точкой конденсаторов 2 и 3 фильтра с помощью цепочки из первичной обмотки 1.1 выходного трансформатора и диода 12. Между точкой соединения диода 12 с обмоткой 11 выходного трансформатора и точкой соединения второго встречного диода 8 с конденсатором фильтра включен управляемый вентиль-транзистор 13. Причем в ячейке 14 к положительному выводу конденсатора 2 фильтра подключен зарядный тиристор 5, а в ячейке 15 - встречный диод 8. Вторичная обмотка 16 выходного трансформатора через выпрямительный мост 17 подключена к нагрузке 18.

Сигналы yпpaвлeн tя тиристорами и транзисторами инвертора подаются из блока управления инвертором (фиг. 2), который содержит задающий генератор 19, генератор 20 обратной пилы, синхронизированный от задающего генератора 19, датчик 21 тока нагрузки, компаратор 22 и RS-триг- гер 23.

Одним входом компаратор 22 соединен с выходом генератора 20 обратной пилы, а другим входом связан с датчиком 21 тока нагрузки. Выход компаратора 22 соединен с R-входом RS-триггера 23, S-вход RS-триг- гера 23 соединен с выходом задающего генератора 19. Выходы RS-триггера 23 и задающего генератора 19 через усилители и

распределители связаны с транзисторами и тиристорами инвертора.

Инвертор и устройство управления работают следующим образом. Управляющие сигналы управления с выхода задающего генератора 19 распределяются в преобразователе следующим образом; первый импульс - к тиристору 5 ячейки 14; второй импульс - к тиристору 5 ячейки 15; 0 третий импульс - к тиристору 6 ячейки 14; четвертый импульс - к тиристору 6 ячейки 15 и т.д. по кругу. Одновременно импульсы от задающего генератора 19 устанавливают RS- триггер 21 в единичное состояние, соответст- 5 вующее включенному состоянию полностью управляемого вентиля соответствующей ячейки, включают тиристоры и запускают генератор 20 обратной пилы.

При подаче первого сигнала управления 0 в первой ячейке включаются тиристор 5 и транзистор 13, по контуру из элементов 2,5, 9,10, 7, 11,13,3, 2 протекает колебательный ток, частота которого соответствует резонансной частоте колебательного контура, 5 образованного коммутирующим конденсатором 9, индуктивностью рассеяния выходного трансформатора и сопротивлением нагрузки, приведенным к первичной полуобмотке трансформатора. Когда конденса- 0 тор 9 заряжается до напряжения, равного напряжению источника 4 постоянного тока, включается второй встречный диод 8, заряд конденсатора 9 прекращается, тиристор 5 гаснет. На тиристоре 5 остается небольшое 5 отрицательное напряжение, обусловленное тем, что в цепи конденсатора 9 имеется насыщающий дроссель небольшой индуктивности по сравнению с индуктивностью рассеяния выходного трансформатора, что 0 немного затягивает погасание тиристора 5, и конденсатор 9 успевает зарядиться до напряжения на 5-10% выше, чем напряжение источника постоянного тока. Запас энергии, накопленный в магнитном поле выходного 45 трансформатора, в момент погасания тиристора не равен нулю, а имеет значительную величину и расходуется при дальнейшем протекании тока по контуру; 11, 12, 3, 8, 7, 11. Закон протекания тока апериодический, 50 постоянная времени зависит от нагрузки и индуктивности рассеяния выходного трансформатора.

П(элностью управляемые вентили выключаются в момент времени, когда спада- 55 ющий ток нагрузки становится равным току, спадающему по закону

ЕЙ-t)

2L где Е - напряжение питания;

L- приведенная индуктивность рассеяния трансформатора;

Т - период выходной частоты;

t - текущее время.

В данный момент времени срабатывает компаратор 22 и устанавливает RS-триг- гер 23 в нулевое состояние, что приводит к запиранию транзистора 13. При этом ток первичной обмотки 11 выходного трансформатора замыкается по контуру: первичная обмотка 11. диод 12, конденсатор 3 фильтра, встречные диоды 8 и 7 и первичная обмотка 11, т.е. становится включенным на встречную противоЭДС. Запас энергии, накопленный в магнитном поле выходного трансформатора, после выключения транзистора 13 переходит в энергию электрического поля конденсатора 3 фильтра, и ток нагрузки быстро спадает до нуля. От следующего сигнала управления включаются тиристор 5 и транзистор 13 второй ячейки 15.

Процесс заряда коммутирующего конденсатора 9 аналогичен процессу заряда коммутирующего конденсатора 9 первой ячейки 14 с той разницей, что при сбросе излишней энергии магнитного поля выходного трансформатора при включении транзистора 13 в конденсатор фильтра 2 наводимый магнитный notoK в трансформаторе встречный. Затем при включении разрядного тиристора 6 транзистора 13 коммутирующий конденсатор 9 начинает разряжаться. При этом колебательный ток, частота которого соответствует резонансной частоте колебательного контура, образованного коммутирующим конденсатором 9, индуктивностью рассеяния выходного трансформатора, сопротивлением нагрузки, приведенным к первичной полуобмотке выходного трансформатора, протекает через тиристор 6, обмотку 11 трансформатора, транзистор 13, встречный диод 8, насыщающийся дроссель 10.

В момент времени, когда конденсатор 9 разряжается до нуля, включается диод 7, тиристор 6 выключается, ток в первичной обмотке 11 выходного трансформатора продолжает протекать через транзистор 13 и встречные диоды 8 и 7. За это время тиристор 6 успевает восстановить свою управляемость, так как на нем сохраняется небольшое отрицательное напряжение, составляющее 5-10% от напряжения источника постоянного тока, Это напряжение обусловлено действием насыщающего дросселя, который задерживает выключение тиристора 6, и конденсатор 9 в процессе разряда успевает незначительно перезарядиться. Дальнейший процесс становится аналогичным описанному выше,

Когда ток в нагрузке 18 становится равным току, спадающему по указанному закону, запирается транзистор 13, после чего ток в нагрузке 18 спадает до нуля.

Аналогичный процесс разряда коммутирующего конденсатора 9 происходит во второй ячейке 15 преобразователя. На фиг. За и б ti - момент выключения тиристора, t2 момент выключения транзистора.

С системой управления (фиг. 3) инвертор работает в режиме постоянной частоты модуляции, при этом нагрузка может изменяться от номинальной до короткого замыкания (фиг. За). Изменяя величину Т, можно регулировать выходной ток широтным способом.

С другим вариантом системы управления может быть реализован режим дозированной передачи энергии в нагрузку (фиг. 36). Для этого необходимо включать очередную группу вентилей инвертора согласно описанной последовательности, но через фиксированный промежуток времени At

после того, как ток нагрузки снизится до заданной величины 1з. При этом избыточная энергия, запасенная в реактивных элементах схемы в режиме дозированной передачи энергии, не возвращается обратно источнику постоянного тока, а полностью расходуется в нагрузку, что существенно повышает КПД инвертора. Кроме того, максимальное напряжение на полностью управляемых вентилях не превышает половины напряжения источника питания, в то время как реак- тивные элементы работают при напряжении источника питания, что позволяет максимально использовать элементы схемы по напряжению, т.е. существенно.

повысить массогабаритные показатели. Выключение транзистора в момент времени, когда его ток уже снизился, уменьшает коммутационные потери.

Скорость нарастания прямого напряжения на тиристорах ограничена скоростью изменения напряжения на конденсаторе. Скорость нарастания тока тиристора даже при коротком замыкании ограничена за счет

индуктивности рассеяния трансформатора. К тиристору на этапе запирания прикладывается небольшое обратное напряжение. Таким образом, одновременно обеспечиваются оптимальное обратное напряжение на

этапе запирания тиристора, ограниченная скорость нарастания прямого напряжения и тока и отсутствие циркуляции реактивной мощности, что увеличивает динамическую стабильность инвертора и позволяет эффективно использовать вентили.

Формула изобретения Инвертор, содержащий подключенные к входным выводам через дроссель фильтра две ячейки, состоящие каждая из последовательной цепочки, включающей в себя зарядный и разрядный тиристоры и первый и второй встречные диоды, причем общие точки тиристоров и диодов соединены через последовательно включенные коммутирующие конденсатор и дроссель, а также емкостный фильтр, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, диапазона допускаемых нагрузок и улучшения массогабаритных показателей, он снабжен двумя полностью управляемыми вентилями, двумя диодами и выходным трансформатором, а емкостный

0

5

фильтр выполнен в виде двух последовательно соединенных конденсаторов, подключенных параллельно ячейкам, причем анод зарядного тиристора первой ячейки и катод второго встречного диода второй ячейки соединены с одним конденсатором, подключенным через дроссель фильтра к положительному входному выводу, а между общей точкой конденсаторов и точкой соединения разрядного тиристора и первого встречного диода каждой ячейки включены соответствующие последовательно соединенные первичная обмотка выходного трансформатора и диод, причем точка соединения последних через соответствующий полностью управляемый ключ подключена к второму встречному диоду той же ячейки.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника питания для электротехнологических процессов с широким диапазоном изменения нагрузки. Цель изобретения состоит в расширении функциональных возможностей, диапазона допустимых нагрузок и улучшении массогабаритных показателей. Устройство содержит тиристоры 5,6 и встречные диоды 7,8 в каждой ячейке. Полностью управляемый вентиль 13 в каждой ячейке включен между точкой соединения указанного диода 12 с обмоткой выходного трансформатора 11 и точкой соединения диода 8 с конденсатором 2 или 3 фильтра. При включении полностью управляемых вентилей 13 одновременно с тиристорами одной ячейки образуются контуры для прохождения тока в обмотке трансформатора, в то время как запертый полностью управляемый вентиль другой ячейки исключает короткое замыкание трансформатора через встречные диоды 7,8. Управляя моментом выключения вентиля 13, можно регулировать величину энергии, накопленной в индуктивности рассеяния первичной обмотки трансформатора и возвращаемой в конденсаторы фильтра. 3 ил.

Фи.2

iH

I

° ,

Составитель И.Жеребина Редактор В.ПетрашТехред М.МоргенталКорректор А.Обручар

Заказ 3067Тираж 500Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5