Инвертор Советский патент 1992 года по МПК H02M7/523 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для индукционного нагрева металлов.

Известен инвертор, содержащий подключенные через фильтровые дроссели к входным выводам фильтровый конденсатор, мост тиристоров и мост обратных вентилей, выводы переменного тока которого связаны с выводами переменного тока моста тиристоров через конденсаторы смещения, а к одному выводу переменного тока моста рбрёт- ных вентилей подключен конденсатор последовательного коммутирующего

LC-контура, а также нелинейные дроссели и цепь нагрузки, он снабжен дополнительным LC-контуром, соединенным последовательно с основным через цепь нагрузки и подключенным к друго- му выводу переменного тока моста обрат ньк вентилей, а нелинейные дроссели включены последовательно С тиристорами моста, образуя . выводы переменного тока последнего.

Недостатком известного инвертора является то, что напряжение обеспечивается применением дополнительных конденсаторов смещения, емкость каждого из которых соизмерима с емкостью

s|

со ел

со

00

х

фильтрового конденсатора. Такие средства, используемые в инверторе, усложняют схему и чрезмерно увеличивают мэссогабаритные показатели и се бестоимость инвертора.

Известен резонансный инвертор, содержащий мост обратных диодов, подключенных диагональю постоянного ток встречно к входным выводам, причем диагональ переменного тока упомянутого моста соединена с диагональю переменного тока тиристорного моста, в которую включена последовательная цепочка из коммутирующего дросселя, конденсатора и цепи нагрузки, он снабжен дополнительным коммутирующим трансформатором, первичная обмотка которого включена в диагональ переменного тока мостов, а каждый тиристор моста подключен к входным выводам через одну из четырех вторичных обмоток коммутирующего трансформатора каждая из которых включена согласно с первичной обмоткой. Таким образом, известно включение коммутирующего трансформатора для повышения надежности путем создания обратного напряжения на тиристорах на интервале восстановления управляемости.

Недостатком известного резонансного инвертора является то, что применение такого способа повышения надежности требует применения специального дополнительного оборудования существенно увеличивающего массогабаритные показатели и себестоимость установки.

Наиболее близким по технической сущности является инвентор, содержащий фильтровый конденсатор, тле цепочки из двух последовательных тиристоров и две цепочки из двух последовательных обратных диодов, причем общая точка тиристоров первой тиристорной цепочки соединена с общей точкой обратных диодов первой диодной цепочки, общая точка тиристоров второй тиристорной цепочки соединена с общей точкой обратных диодов второй диодной цепочки , а общие точки тиристоров первой и второй тиристорных цепочек соединены между собой через последовательно включенные коммутирующий конденсатор коммутирующий дроссель и цепь нагрузки, а соответствующие выводы тири- сторных и диодных цепочек, а также выводы фильтрового конденсатора под1

, 0

15

20

25

359894

ключены через фильтровые дроссели к входным выводам.

Недостатком инвертора является то, что напряжение на тиристорах на интервале восстановления близко к ; нулю, что увеличивает вдвое их реальное время восстановления и снижает надежность работы инвертора.

Целью изобретения является повышение надежности работы инвертора путем создания обратного напряжения на тиристорах на интервале восстановления управляемости.

Поставленная цель достигается тем, что инвертор, содержащий две цепочки из двух последовательно соединенных тиристоров, к выводам первой из которых подключен фильтровой конденсатор, и две цепочки из двух последовательно соединенных обратных диодов, причем общая точка тиристоров первой тиристорной цепочки соединена с общей точкой обратных диодов первой диодной цепочки и с первым выходным выводом, общая точка тиристоров второй тиристорной цепочки соединена с общей точкой обратных диодов диодной цепочки, а также два со- эд единенных с входными выводами Фильтровых дросселя и основной коммутирующий LC-контур, снабжен дополнительным коммутирующим LC-контуром и дополнительным фильтровым конденсатором, подключенным параллельно второй тиристорной цепочке, общая точка тиристоров которой соединена с вторым выходным выводом, однополярные выводы фильтровых конденсаторов соединены через основной и дополнительный коммутирующие LC-контуры, параллельно которым подключены обмотки фильтровых дросселей, снабженных магнитными сердечниками, причем обмотки выполнены со средними выводами, подключенными к входным выводам, а полуобмотки дросселей снабжены промежуточными выводами, подключенными к соответствующим выводам диодных цепочек.

В предлагаемом интервале для этих целей используются элементы, которые являются органическими частями схемы инвертора - фильтровые дроссели.

Сопоставительный анализ показы- . вает, что в сравнении с прототипом их необходимо снабдить магнитными сердечниками и всего лишь тремя дополнительными промежуточными выводами. . Подбором числа витков частей обмо35

40

45

50

ток фильтровых дросселей, включенных в тиристорно-диодные ячейки инвертора, можно обеспечить оптимальные условия для запирания тиристоров.I

В схеме используются дополнительные фильтровый конденсатор и коммутирующий LC-контур. Однако их использование практически не отражается на массогабаритных показателях и себестоимости инвертора. Действительно, суммы емкостей и реактивных мощностей двух фильтровых конденсаторов заявляемого инвертора соответственно равны емкости и реактивной мощности фильтрового конденсатора прототипа. Это же относится и к соотношению емкостей и реактивных мощностей коммутирующих конденсаторов, т.е. сумма емкостей и реактивных мощностей двух коммутирующих конденсаторов предлагаемого инвертора равны соответственно емкости и реактивной мощности коммутирующего конденсатора .прототипа .

Таким образом, в предлагаемом инверторе представляется, возможным обеспечить оптимальные условия для запирания тиристоров, что п овышает надежность работы инвертора, без применения специального оборудования, увеличения массогабаритных показателей и себестоимости инвертора.

На фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема инвертора; , на фиг. 2 - то же, но с иным способом включения цепи нагрузки.

Инвертор содержит две цепочки из последовательно соединенных тиристомутирующего конденсатора 11 и коммутирующего дросселя 13, составляющих основной коммутирующий контур L.C, а . параллельно обмотке дросселя 23 цепочка из последовательно соединенных коммутирующего конденсатора 12 и коммутирующего дросселя И, состав ляющих дополнительный коммутирующий 10 LC-контур. Общая точка полуобмоток 17. 18 фильтрового дросселя 16 подключена к положительному выводу источника питания, а общая точка по- луобмотбк , 25 фильтрового дрос- 15 селя 23 - к отрицательному выводу источника питания. Промежуточные дополнительные выводы обмоток фильтровых дросселей 16, 23 подключены: полуобмотки 17 - к катоду обратного 20 диода 5, полуобмотки 18 - к катоду обратного диода 7, полуобмотки 2k - к аноду обратного диода 6 и полуобмотки 25 - к аноду обратного диода 8.

25 19, 20, 21, 22 - части полуобмоток 17 и 18 фильтрового дросселя 16 на магнитных сердечниках, а 26, 27 28, 29 - части полуобмоток 2 и 25 фильтw рового дросселя 23 на магнитных сер- 30 дечниках.

Емкости конденсаторов 9 и 10, 11 и 12 соответственно равны. Равны также индуктивности дросселей 13 и И.

На фиг. 2 нагрузка 15 включена в рассечку между тиристорами тиристор- ных цепочек и между обратными диодами диодных цепочек.

Схема, изображенная на фиг.1,

35

ров 1, 2 и 3, , Две цепочки з посге- работает следующим образом. При вклюдовательно соединенных обратных диодов 5 6 и 7, 8. Общая точка тиристоров .1, 2 соединена с общей точкой диодов 5, 6, а общая точка тиристоров 3, - с общей точкой обратных диодов 7, 8. Между общими точками обратных диодов 5, 6 и 7, 8 включена нагрузка 15. Параллельно тиристорам 1, 2 включен фильтровый конденсатор

9,а параллельно тиристорам 3, дополнительный фильтровый конденсатор

10.Обмотка фильтрового дросселя 16 подключена к анодам тиристоров 1,

3, а обмотка фильтрового дросселя 23 - к катодам тиристоров 2, . Фильтровые дроссели 16 и 23 выполнены на магнитных сердечниках. Параллельно об- мотке дросселя 16 включена цепочка из последовательно соединенных ком

45

50

55

чении тиристоров 1, k начинаются колебательные заряды коммутирующих конденсаторов 11 и 12 с одинаковой частотой в контурах 10-13-11-1-15 -10- и 9-1-15- -Н-12-9. К концу первого полупериода собственной частоты основного и дополнительного коммутирующих 1,С-контуров 11, 13 и 12, 1 конденсатор 11 заряжается до напряжения большего,чем напряжение конденсатора 10, а конденсатор 12 - до напряжения большего, чем напряжение конденсатора 9, ток тиристоров 1, спадает до нуля.

Во второй полупериод происходит частичный разряд коммутирующих ,кон- денсаторов 11 и 12 в контурах

11-13-10-29-8-15-5-19-И и 12-Щ-29-8-15-5-19-12. при этом к

мутирующего конденсатора 11 и комму , тирующего дросселя 13, составляющих основной коммутирующий контур L.C, а . параллельно обмотке дросселя 23 цепочка из последовательно соединенных коммутирующего конденсатора 12 и коммутирующего дросселя И, составляющих дополнительный коммутирующий 0 LC-контур. Общая точка полуобмоток 17. 18 фильтрового дросселя 16 подключена к положительному выводу источника питания, а общая точка по- луобмотбк , 25 фильтрового дрос- 5 селя 23 - к отрицательному выводу источника питания. Промежуточные дополнительные выводы обмоток фильтровых дросселей 16, 23 подключены: полуобмотки 17 - к катоду обратного 0 диода 5, полуобмотки 18 - к катоду обратного диода 7, полуобмотки 2k - к аноду обратного диода 6 и полуобмотки 25 - к аноду обратного диода 8.

5 19, 20, 21, 22 - части полуобмоток 17 и 18 фильтрового дросселя 16 на магнитных сердечниках, а 26, 27 28, 29 - части полуобмоток 2 и 25 фильтw рового дросселя 23 на магнитных сер- 0 дечниках.

Емкости конденсаторов 9 и 10, 11 и 12 соответственно равны. Равны также индуктивности дросселей 13 и И.

На фиг. 2 нагрузка 15 включена в рассечку между тиристорами тиристор- ных цепочек и между обратными диодами диодных цепочек.

Схема, изображенная на фиг.1,

5

работает следующим образом. При вклю

чении тиристоров 1, k начинаются колебательные заряды коммутирующих конденсаторов 11 и 12 с одинаковой частотой в контурах 10-13-11-1-15 -10- и 9-1-15- -Н-12-9. К концу первого полупериода собственной частоты основного и дополнительного коммутирующих 1,С-контуров 11, 13 и 12, 1 конденсатор 11 заряжается до напряжения большего,чем напряжение конденсатора 10, а конденсатор 12 - до напряжения большего, чем напряжение конденсатора 9, ток тиристоров 1, спадает до нуля.

Во второй полупериод происходит частичный разряд коммутирующих ,кон- денсаторов 11 и 12 в контурах

11-13-10-29-8-15-5-19-И и 12-Щ-29-8-15-5-19-12. при этом к

частям обмоток 20, 21, 22 фильтрово- го дросселя 16 прикладывается на- пряжение первого дополнительного фильтрового конденсатора 10 плюс напряжение на нагрузке 15 и части обмоток 29 фильтрового дросселя 23, а к частям обмоток 26, 27, 28 фильтрового дросселя 23 прикладывается напряжение фильтрового конденсатора 9 плюс напряжение на нагрузке 15 и части обмотки 19 фильтрового дросселя 16. Напряжения, прикладываемые к частям обмоток 20, 21, 22 и 26, 27, 28, трансформируются в части обмоток 19 и 29 и прикладываются к тиристорам 1 и k в запирающей полярности в контурах 19-5-1-19 и 8-29. К концу второго полупериода частичный разряд коммутирующих конденсаторов 11, 12 прекращается и обратные диоды 5, 8 закрываются. В третий полупериод включаются тиристоры 2, 3 и происходит перезаряд конденсаторов 11 и 12 до полярности, указанной в схеме в скобках в контурах 11-13-3-15-2-9-11 и 12-14-10-3- 15-2-51. Полярность напряжения на обмотках фильтровых дросселей 16, 23 меняет свой знак, чем обеспечивается работа магнитных сердечников с полным циклом перемагничивания. К концу третьего полупериода коммутирующий конденсатор 11 перезаряжается до напряжения большего, чем напряжение на фильтровом конденсаторе 9, а коммутирующий конденсатор 12 - до напряжения большего, чем напряжение на- дополнительном фильтровом конденсаторе 10, ток тиристоров 2, 3 спадает до нуля. 8 четвертый полупериод происходит частичный разряд коммутирующих конденсаторов 11, 12 в контурах 11-9-26-6-15-7-22-13- 11 и 12-26-6-15-7-22-10-Й-12. При этом к частям обмоток 19, 20, 21 фильтрового дросселя 16 прикладывается напряжение фильтрового конденсатора 9 плюс напряжения на -нагрузке 15 и на части обмотки 26 фильрового дросселя 23 в контуре 9-19- 20-21-7-15-26-9, а к частям обмоток 27, 28, 29 фильтрового дросселя 23 прикладывается напряжение дополнительного фильтрового конденсатора 10 и плюс напряжения на нагрузке 15 и на части обмотки 22 фильтрового дросселя 16 в контуре 10-22-7-15-6- 27-28-29-10.

0

5

Напряжения, прикладываемые к частям обмоток 19,- 70,21 и 27-28, 29, трансформируются в части обмоток 22 и 26 и прикладываются к тиристорам 3 и 2 в запирающей полярности в кон- ч турах 22-7-3-22 и 26-2-6-26. К концу четвертого полупериода частичные разряды коммутирующих конденсаторов 11 и 12 прекращаются и обратные диоды 6, 7 закрываются.

На этом (|икл работы инвертора заканчивается. При необходимости удвоения частоты на выходе нагрузка 15 может быть включена в рассечку между тиристорами тиристорных цепочек и между диодами диодных цепочек, как это показано на фиг.2. При этом работа инвертора принципиально не 0 меняется.

Таким образом, благодаря использованию фильтровых дросселей, выполненных на магнитных сердечниках и

снабженных дополнительными промежу- 5 точными выводами, с помощью которых в рассечку каждой тиристорно-диодной цепочки включены части обмоток дросселей, на интервале восстановления управляемости создаются оптимальные 0 условия для запирания тиристоров, что существенно повышает надежность работы инвертора.

Формула изобретения

5 Инвертор, содержащий две цепочки из двух последовательно соединенных тиристоров, к выводам первой из которых подключен фильтровой конденсатор, и две цепочки из двух последо0 вательно соединенных обратных диодов, причем общая точка4тиристоров первой тиристорной цепочки соединена с общей точкой обратных диодов первой диодной цепочки и с первым выходным

5 выводом, общая точка тиристоров второй тиристоррой цепочки соединена с общей точкой обратных диодов второй диодной цепочки, а также два соединенных с входными выводами фильтровых

0 дросселя и основной коммутирующий LC-контур, отли.чающийб-я тем, что, с целью повышения надежности путем создания обратного на- . пряжения на тиристорах на интервале .

5 восстановления управляемости, он снабжен дополнительным коммутирующим LC-контуром и дополнительным фильтровым конденсатором , подключенным

параллельно второй тиристорной цепочке, общая точка тиристоров которой соединена с вторым выходным выводом, однополярные выводы фильтровых конденсаторов соединены черед основной и дополнительный коммутирующие LC-кон- туры, параллельно которым подключены обмотки Фильтровых дросселей, снаб

- 10

женных магнитными сердечниками, при-v чем обмотки выполнены со средними выводами, подключенными к входным выводам, а полуобмотки дросселей снабжены промежуточными выводами, подключенными к соответствующим выводам диодных цепочек.

9

Использование в преобразовательной технике для индукционного нагрева металлов. Сущность изобретения: устройство содержит мост на тиристорах ( обратными диодами (), два коммутирующих LC-контура 11-14. Фильтровые дроссели 16, 23 снабжены промежуточными отводами и выполнены на магнитных сердечниках, что позволяет создать оптимальные условия для запирания тиристоров на интервале восстановления их управляемости. 2 ил.