АВТОНОМНЫЙ ОДНОФАЗНЫЙ МОСТОВОЙ ИНВЕРТОР Советский патент 1969 года по МПК H02M7/521 

Изобретеипе относится к однофазным автономным мостовым инверторам. Р звестиые инверторы такого типа, содержащие обратный мост, выходной трансформатор и коитур искусственной коммутации LC, включенный параллельно его первичной обмотке, недостаточно надежны, так как в ни.х возможны несвоевременные зажигания запертого тирпстора изза повышенной скорости нарастания на нем прямого напряжения, что вызывает короткое замыкан.ие, а также насыш,ение выходного трансформатора инвертора из-за неравенства полуперподов выходного напряжения, что также влечет за собой аварийный режпм для тиристоров.

В предлагаемом инверторе контур искусственной коммутации, включенный параллельно нагрузке, выполнен в виде дву.х параллельных ветвей с одинаковыми параметрами емкости ветвей подключены к разноименным зажимам нагрузки, а индуктивности магнитно связаны и имеют дополнительные обмотки, повышаюш,ие напряжение па индуктивности при работе инвертора под нагрузкой, в плечи основного моста между силовыми тиристорами включены диоды, причем общая точка силового тирпстора и диода в каждом плече моста соединена через диоды, включенные в пенроводящем направлении, с полюсами источника питания.

Для предотвращения насыщения выхо.дного трансформатора в инверторе применены два регулировочны.х трансформатора с двумя первнчпымп и двумя вторичными обмотками каждый, причем первичные обмотки каждого трансформатора подключены oдни. концом к различным зажимам источника питания, а другим - через диоды в непроводящем паправлении к средн 1м точкам параллельных ветвей коммутирующего LC-контура, две вторичные обмотки разных регулировочных трансформаторов включены параллельно через диоды в непроводящем направлении на напряжение источника питания.

Па чертеже изображена принципиальная схема предлагаемого ппвертора.

Частота контура LC должна быть в два раза больше частоты выходного напряжения. Ток в контуре и напряжение - обычные для включения последовательного колебательного контура на постоянное напряжение.

В течение некоторого времени ток проходит через тиристоры /и 2 и последовательно включенные с ними диоды 3 и 4. При изменении направления контурного тока тиристоры гасятся, а ток проходит через обратные диоды 5 и 6. Папряжение на тиристоре в это время определяется прямым падением напряжения на обратном диоде. При спаденпп тока обратных диодов до нуля все плечи инверторов закрываются: тиристоры 1 и 2 уже закрыты, а тиристоры 7 и 8 еще не открывались. Вследствие этого напряжение на нагрузке 9 нач:инает снадать, что вызывает импульсы напряжения на вторичных обмотках трансформатора поджига W, открывающие тиристоры 7 i 8. В дальнейщем цикл новторяется.

Таким образом в течение одного полупериода частоты контура нагрузка питается через тиристоры непосредственно от сети, а в течение второго полуиериода нагрузку питает контур. Между моментом выключения одной нары тиристоров и включен.нем другой пары имеется значительный промежуток времени, что существенно повышает надежность инвертора.

Временем, в течение которого ток проходит через обратный диод, можно воснользоваться для постепенного нодъема напряжения на запертом тиристоре, защунтированном обратным диодом. Однако для этого необходимо последовательно с тиристором включить диод, позволяющий развязать потенциалы анода обратного диода 5 и катода тиристора 1. Для плавного подъема напряжения на этом тиристоре можно воспользоваться напряжением на обмотке 11 индуктивности контура, если через сопротивленне соединить ее с катодом тиристора 1. В этом случае напряжение на тиристоре будет возрастать по синусоиде с частотой контура LC, что обеспечивает надежный режим работЬ тиристора; к моменту открывания тиристора 7 потенциал катода тиристора / уже равен нотенцналу отрицательной щцны источника нитания, и точка напряження на тиристоре / при открывании тиристора 7 не нроисходит.

При иапряжении на индуктивности, больщем напряжения питан1ия, напряжение на тиристоре / подрезается с помощью диодов 12. Подъем напряжения на тиристорах 7 и У обеспечивается одной параллельной ветвью контура, а на тиристорах 2 и 8 - другой.

При работе инвертора под нагрузкой переключение тиристоров происходит тогда, когда ток нагрузки сравняется с током контура, т. е. раньще, чем пр.и холостом ходе. К этому времени напряжение на индуктивности, используемое для нодъема напряжения иа тиристоре, не успевает дорасти до напряжения питания ЕПИТ , II использование неносредственно этого напряжения вызвало бы толчок нанряжения на тиристоре на величину - f макс, где макс предельно достигнутое напряжение иа индуктивности контура к моменту переключения тиристоров. В связи -с этим нанряжение на индуктивности повыщается с помощью добавочной обмотки Излишек напряжени с обмотки 13 при малых нагрузках и при холостом ходе снимается с тиристоров с помощью диодов 12.

резко возрастет за счет увеличения намагничивающего тока трансформатора. При иснользовании тороидальных сердечников из пермаллоя с прямоугольной петлей гистерезиса намагничивающий ток в области насыщения за единицу микросекунды возрастет на 10-200.

Переключение тиристоров, как было сказано вЕзГще, нроисходит в момент равенства

мгновенных значений тока нагрузки и тока контура. Поэтому при насыщении переключение происходит при токе контура, значительно нревыщающем токи контура в нормальном режиме. Так как ток в контуре не может

измениться скачком, в следующем периоде ток контура начинается с повыщенного значения и, возрастая но синусоиде, достигает чрезмерно большой величины. Одна нара тиристоров оказывается перегруженной по току, что

выводит их из строя.

Для предотвращения насыщения выходного транеформатора применены специальные регулировочные трансформаторы 14. Так как заранее невозможно предугадать, при открывании какой пары тиристоров произойдет насыщение, применены два регулировочнььх тpaнcфopJмaтopa.

В нормальном режиме работы э.д.с. на вторичной обмотке не превышает напряжения питания, ц последовательно включенный е ней диод остается закрытым. При насыщении выходного трансформатора напряжение на первичных обмотках превышает напряжение питания, диод 15 во вторичной обмотке открывается и происходит шунтирование емкости LC-контура э. д. с., равной напряжению питания. Излищки энергии контура возвращаются через вторичную обмотку 16 в сеть. Полуиериод, в котором произошло насышение, несколько затягивается; в результате предотврацдается насыщение в последующих полупериодах. Подрезка напряжения контура, осущеетвляемая через регулировочный трансформатор,

действует тем более интенеивно, чем больше неснмметрия напряжения. Па Практи-ке устанавливается некоторое равновесное состоянне, при котором диод во вторичной обмотке регулировочного транефор-матора открывается

на очень малую долю периода. Так как в обмотки регулировочных трансформаторов включены диоды, для симметричной работы трансформатора требуется специальная обмотка восстановления, в которой нротекает практически ностояниый ток, стабилизированный дросселем и создающий в сердечнике регулировочного трансформатора напряженность, равную коэрцитивной силе материала сердечника. Благодаря созданию такой напряженности в период времени, когда закрыты диоды нервнчных обмоток регулировочных трансформаторов, рабочая точка на петле гиетерезиса трансформатора возвращается к исходному положению - индукции насыщения. Паличие

работать без насыщения выходного трансформатора во всем диапазоне нагрузок.

Предмет изобретения

1. Автономный однофазный мостовой инвертор на тиристорах, содержащий обратный мост, выходной трансформатор и контур искусственной коммутации LC, включенный параллельно егэ первичной обмотке, отличающийся тем, что, с целью повыщения надежности, указанный контур выполнен в виде двух параллельных ветвей с одинаковыми параметрами, емкости ветвей подключены к разноименным зажимам нагрузки, а индуктивности магнитно связаны и имеют дополнительные обмотки, повышающие напряжение на индуктивности при работе инвертора под нагрузкой, в плечи основного моста между тиристорами и зажимамИ, служащими для подключения нагрузки, включены диоды, причем общая точка силового тиристора и диода в каждом плече моста соединена через диоды, включенные в непроводящем направлении, с полюсами источника питания.

2. Инвертор но п. 1, отличающийся тем, что, с целью исключения возможности насыщения выходного трансформатора, в нем применены два регулировочных трансформатора с дву-мя первичными и двумя вторичными обмотками каждый, причем первичные обмоткн каждого трансформатора подключены одним концом к различным зажимам источника питания, а другим - через дИоды в непроводящем направлении к средним точкам параллельных ветвей коммутирующего LC-контура, и две вторичные обмотки разных рег лировочных трансформаторов включены параллельно через диоды в непроводящем направлении на напряжение источника питания.