Автономный резонансный инвертор Советский патент 1992 года по МПК H02M7/523 

СО

с

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника питания для электротехнологических установок. Целью является /. улучшение гармонического состава выходного тока. Устр-во содержит трехфазный мост на шести тиристорах 2-7 с коммутирующими конденсаторами (К) 8-10 в диагоналях переменного тока, соединенными в звезду, общая точка которой подключена к нагрузке 11. Два соединенных последовательно реактивных моста состоят из коммутирующих дросселей 12, 13, 16 и 17 и конденсаторов 14, 15, 18-и 19 фильтра. Два диода 20 и 21 включены в диагонали реактивных мостов. Дроссели 12, 13, 16 и 17 выполнены магнитосвязанными. Коэффициент магнитной связи дросселей одного реактивного моста равен 0,8-0,9, а различных реактивных мостов - 0,3-0,35. 2 ил.

V4

Ю

сл со сл

OJ

Риг.1

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника питания для электротехнических установок.

Известен автономный резонансный инвертор, содержащий две инвертирующие однотактные ячейки, подключенные к входным выводам через дроссели фильтра, каждая из которых состоит из последовательно соединенных тиристора и конденсатора, причем выходные выводы образованы общими точками соединения конденсаторов и тиристоров в каждой из указанных ячеек, между входными и выходными выводами которого включены обратные диоды.

Недостатком автономного резонансного инвертора является существенная зависимость гармонического состава выходного тока от режима работы в условиях изменяющейся нагрузки. Ухудшение гармонического состава выходного тока инвертора при изменении сопротивления нагрузки не позволяет его использовать для питания потребителей с повышенными требованиями к качеству питающего тока.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является автономный резонансный последовательный инвертор, который содержит подключенные к входным выводам через дроссели фильтра две последовательные цепи из первого тиристора, первого коммутирующего дросселя, второго коммутирующего дросселя и второго тиристора и из двух конденсаторно-дрос- сельных мостов с конденсаторами фильтра, дополнительными коммутирующими дросселями в диагоналях и диодами, включенны- ми между точками соединения конденсаторов и дросселей, коммутирующий конденсатор, включенный между точкой соединения коммутирующих дросселей и первым выходным выводом, второй выходной вывод которого образует точка соединения мостов, первый и второй дополнительные диоды, шунтирующие цепи из выходных выводов и одного из конденсаторов фильтра мостов, дополнительные коммутирующие дроссели которого выполнены с отводами, причем цепи из конденсаторов фильтра и части дополнительного коммутирующего дросселя мостов зашунтированы диодами.

Недостатком инвертора является зависимость гармонического состава выходного тока от сопротивления нагрузки. Ухудшение гармонического состава выходного тока происходит при изменении сопротивления нагрузки как в сторону К.З., так и в сторону х. х.

Цель изобретения - улучшение гармонического состава выходного тока инвертора при работе на изменяющуюся в широких пределах технологическую нагрузку.

Указанная цель достигается тем, что автономный резонансный инвертор, содержащий подключенные к входным выводам через дросеель фильтра две последовательные цепи из двух тиристоров и из двух кон- денсаторно-дроссельных мостов с конденсаторами фильтра, коммутирующими дросселями в диагоналях и диодами, включенными между точками соединения конденсаторов и дросселей, коммутирующий конденсатор, включенный между точкой соединения тиристоров и первым

выходным выводом, второй выходной вывод которого образует точка соединения мостов, снабжен дополнительным мостом на четырех тиристорах с последовательной цепью из двух дополнительных коммутирующих конденсаторов в диагонали перемен- ного тока, шунтирующим цель из тиристоров, точка соединения дополнительных коммутирующих конденсаторов соединена с первым выходным выводом,

коммутирующие дроссели выполнены маг- нитосвязанными, причем коэффициент магнитной связи коммутирующих дросселей каждого конденсаторно-дроссельного моста равен 0,85, а коэффициент магнитной

связи коммутирующих дросселей различных конденсаторно-дроссельных мостов равен 0,32.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема автономного резонансного инвертора; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Автономный резонансный инвертор содержит подключенный к входным выводам через дроссель 1 фильтра трехфазный тиристорный мост на шести тиристорах 2-7 с коммутирующими конденсаторами 8-10, включенными в звезду в диагоналях переменного тока, общая точка которой соединена с первым выходным выводом нагрузки

11, два конденсаторно-дроссельных моста из коммутирующих дросселей 12, 13 и конденсаторов 14 и 15 фильтра и из коммутирующих дросселей 16 и 17 и конденсаторов 18 и 19 фильтра в диагоналях, соединенный в

последовательную цепь, шунтирующую ти- ристорный мост, с диодами 20 и 21, включенными между точками соединения конденсаторов и дросселей. Точка соединения конденсаторно-дроссельных мостов образует второй выходной вывод. Коммутирующие дроссели выполнены маг- нитосвязанными.

Автономный резонансный инвертор работает следующим образом.

, За полный цикл работы всех тиристоров 2-7 в нагрузке 11 получаем три полных периода переменного напряжения. Каждый период формируется при поочередной работе тиристора в анодной (2, 4, 6) и катодной (3, 5, 7) группах тиристорного моста. Последовательность включения тиристоров следующая: 2-5-6-3-4-7 (фиг, 2).

При включении тиристора 2 в номинальном режиме работы (нагрузка 11 имеет но- минальную величину) начинается колебательный перезаряд коммутирующего конденсатора по контурам: 8-11-14-12-2-8 и 8-11-13-15-2-8. До тех пор, пока напряжение на конденсаторе (после смены полярности) ниже суммы напряжений на конденсаторах 14, 15 фильтра, диод 20 закрыт. Ток контуров колебательно нарастает и спадает. Как только напряжение на конденсаторе 8 превысит сумму напряжений на конденсаторах 14 и 15, тиристор 2 выключается, так как в этот момент происходит отпирание диода 20. После выключения тиристора 2 к нему прикладывается обратное напряжение, а ток дросселей 12 и 13 продолжает протекать по контурам: 12-15- 20-12 и 13-20-14-13 до тех пор, пока не израсходуется вся электромагнитная энергия, накопленная в поле коммутирующих дросселей 12 и 13. Параметры инвертора выбираются так, чтобы в номинальном режиме работы диод проводил незначительный ток в течение малого интервала времени. Этим обеспечивается высокий уровень первой гармоники в кривой выходного тока. При работе диода 20 осуществляется возврат излишней реактивной энергии от элементов контура коммутации (дроссели 12 и 13) в конденсаторы 14 и 15 фильтра, что обеспечивает жесткость нагрузочных характеристик инвертора в широком диапазоне изменения параметров нагрузки.

После выключения диода 20 включается тиристор 5. При его работе через нагрузку 11 протекает импульс тока противоположной (отрицательной) полярности. Процессы при этом протекают аналогично описанным.

При включении тиристора 5 происходит колебательный перезаряд коммутирующего конденсатора 9 по контурам: 9-5-18-16- 11-9 и 9-5-17-19-11-9. При спаде тока контуров напряжение на конденсаторе 9 превысит сумму напряжений на конденсаторах 18 и 19 и включится диод 21. Тиристор 5 в этот момент запирается и к нему прикладывается обратное напряжение. Следующим включается тиристор 6 в анодной группе моста.

При работе в номинальном режиме магнитная связь коммутирующих дросселей не оказывает влияние на работу инвертора. На фиг. 2 приведены диаграммы расстановки

импульсов управления (iy) и тока нагрузки (in), поясняющие режим работы. При изменении сопротивления нагрузки 11 в сторону К.З. возрастает амплитуда тока тиристоров и тока диодов. В результате ухудшается гармонический состав выходного тока in. Аналогичные процессы ухудшения гармонического состава выходного тока происходит и при изменении сопротивления нагрузки в сторону х.х. Здесь снижается

амплитуда тока тиристоров и возрастает длительность их проводящего состояния. Значительное увеличение сопротивления нагрузки ведет также к срыву инвертирования.

При изменении сопротивления нагрузки как в сторону К.З., так и в сторону х.х., для поддержания высокого уровня первой гармоники регулируют фазовый сдвиг г между моментами включения тиристоров анодной

(2, 4, 6) и катодной (3, 5, 7) групп. Зарегулированный режим иллюстрируется диаграммами на фиг. 2 (диаграммы 3, 4). При существенном уменьшении угла г возрастает уровень второй гармоники в выходном

токе инвертора. Однако выбором коэффициента магнитной связи,.коммутирующих дросселей обеспечивается сохранение высокого уровня первой гармоники при регулировании угла г в достаточно широком

диапазоне изменения параметров нагрузки.

При изменении сопротивления нагрузки 11 в сторону К.З. и регулировании угла фазового сдвига т магнитная связь обеспечивает возрастание волнового сопротивления контура коммутации, стабилизацию тока контура и длительности проводящего состояния тиристоров. Гармонический состав выходного тока при изменении нагрузки остается практически неизменным. При изменении сопротивления нагрузки в сторону х.х. за счет изменения угла фазового сдвига г длительность протекания тока через нагрузку сокращается. В результате гармонический состав выходного тока также стабилизируется.

По сравнению с прототипом гармонический состав (содержание первой гармоники в выходном тока инвертора) для реального диапазона изменения сопротивления нагрузки улучшается на 3-5%. Это позволяет применять инвертор для ответственных потребителей, требующих высокого качества питающего тока. Значения коэффициентов

магнитной связи соответствуют оптимальным величинам, обеспечивающим наиболее высокую стабильность гармонического состава выходного тока. Повышается КПД инвертора за счет улучшения гармонического состава выходного тока. Снижены весогаба- ритные показатели инвертора путем выпол- нения коммутирующих дросселей магнитосвязанными и более жестких нагрузочных характеристик в широком диапазоне изменения параметров нагрузки. Повышается надежность инвертора при работе на изменяющуюся нагрузку, путем стабилизации режима и обеспечения высокой устойчивости при изменении сопротивления нагрузки в сторону х.х.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Автономный резонансный инвертор, содержащий подключенные к входным выводам через дроссель фильтра две последовательные цепи из двух тиристоров и из двух конденсаторно-дроссельных мостов с конденсаторами фильтра, коммутирующими дросселями в диагоналях и

диодами, включенными между точками соединения конденсаторов с дросселями, коммутирующий конденсатор, включенный между точкой соединения тиристоров и первым выходным выводом, второй выходной вывод которого образует точка соединения мостов, отличающийся тем, что, с целью улучшения гармонического состава выходного тока, он снабжен дополнитель0 н ым мостом н а четы рех ти ристо pax с п осл е- довательной цепью из двух дополнительных коммутирующих конденсаторов в диагонали переменного тока, шунтирующим цепь из тиристоров, точка соединения дополнитель5 ных коммутирующих конденсаторов соединена с первым выходным выводом, коммутирующие дроссели выполнены магнитосвязанными, причем коэффициент магнитной связи коммутирующих дросселей

0 каждого конденсаторно-дроссельного моста равен 0,85, а коэффициент магнитной связи коммутирующих дросселей различных конденсаторно-дроссельных мостов равен 0,32.