ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ ИНВЕРТОР Советский патент 1970 года по МПК H02M5/42 H02M7/72 

Известен последовательный инвертор, содержащий однофазные инвертирующие мосты с /-С-цепочками и а,нодны,М1И « катодным;И груниами тиристоров, питающими однофаз ную нагрузку, подключенную к выходу диодного моста, вход которого подсоединен через конденсаторы к входу инвертора, и собранными В два преобразовательиых блока, аноды анодной группы тиристоров одного из которых подсоединены к одному полюсу п 1тающего напряжения, а катоды катодной группы тИристорОВ другого - к другому полюсу питающего напряжения. Однако такой инвертор не обеспечивает учетверения выходной частоты и высокого питающего напряжения.

Предлагаемый инвертор отличается от известного тем, что с целью учетверения выходной частоты и повышения питающего напряжения катоды катодной группы тиристоров одного преобразовательного блока и аноды анодной группы тиристоров другого преобразовательного блока подключены к выходу диодного моста.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема описываемого инвертора, каждый преобразовательный блок которого содержит по одному однофазному инвертнрующему мосту; на фиг. 2 - нринцнпиальная схема инвертора, каждый преобразовательный блок которого содержит по два однофазных инвертирую1ЦИХ моста; на фнг. 3 - эпюры токов в цепях инверторов.

Инвертор (фиг. 1) содерж1 т однофазные 1нвертируюи1,ие мосты I и 2 с LC-цепочками, содержащими конденсатор 3 и дроссель 4, ц анодным (тиристоры 5 и 6) и катодными (тиристоры 7 и 8} группами тиристоров, иитающими однофазную нагрузку 9, подключенную через диоды 0-13 и конденсаторы 14 и 15 к входу инвертора. Аноды тиристоров 5 и 6 моста / подсоединены к положительному нолюсу питающего напряжения, а катоды тиристоров 7 Н 8 моста 2 - к отрицательному пол)осу питающего напряжения.

Инвертор (фиг. 2) содержит кроме однофазных инвертируюии1х мостов 1 2 мосты 16 и 17, причем мосты / и 16 образуют иреобразовательный блок 18, а мосты 2 и 17-преобразовательный блок 19.

В установившемся режиме последовательно включенные конденсаторы 14 15 (см. фщ-. 1) заряжены каждый до половины иаиряжения источника питания, .locт I работает следующим образом. При включении тиристоров 5 и 8 коммутирующий конденсатор 3 перезаряжается через дроссель 4 LC-ценочки, нагрузку 9 и диод 13. Ток через нагрузку 9 течет в прямом направлении, указанном стрелкой. После того, как напряжение на конденсаторе 3 станет вьпне половины напряжения

источника питания и колебательный ток через тиристоры 5 и 8 пройдет через нулевое значение, эти тиристоры гасйуТ. Тогда открываются обратные диоды 20 и 21, а начинает нротекать обратный ток разряда конденсатора 3 через дроссель 4 и диод 10, минуя нагрузку 9, нри этом конденсатору 14 моста / возвращается избыток реактивной энергии, запасенной в конденсаторе 3. Ток через обратные диоды 20 и 21 протекает до тех пор, пока избыток реактивной энергии Б конденсаторе 3 не возвратится и энергия не разрядится до напряжении меньшего, чем половина нанряжения источиика питания. Когда колебательный ток, текущий через обратные диоды, становится равным нулю, диоды гаснут. В течение того промежутка времени, пока ток проводили диоды 20 и 21, на тиристорах 5 и S - небольпюе обратное напряжение, и они успевают восстановить свою управляемость.

Затем включаются тиристоры 6 и 7 моста } и происходит аиалогичный процесс обратного нерезаряда конденсатора 3 до напряжеипя противоиоложиой полярности через дроссель 4, диод 13 и иагрузку 9. После прохождения колебательного тока через нуль тиристоры 6 и 7 гаснут и включаются обратные диоды 22 и 23, при этом ток, текущий через обратные диоды, также минует сопротивление нагрузки. Погасанием обратных диодов 22 и 23 завершается полный цикл работы инвертирующего моста /, и затем процесс повторяется.

Таким образом, в течение полного цикла работы моста / через пагрузку 9 протекают две прямых полуволны колебательного тока с паузами между этими полуволпами, несколько большими, в течение которых работали обратные диоды 20, 21 и 22, 23.

Инвертирующий мост 2 работает так же, как инвертирующий мост 1, пропуская ток через нагрузку 9 во время работы тиристоров 5, 5 и &, 7 нри помощи диода 11, а во время работы обратиых диодов 20-23 моста 2 ток перезаряда коммутирующего конденсатора J, минуя иагрузку 9, нротекает через днод 12, подзаряжая конденсатор 15. Последовательно включенные конденсаторы 14 и 15 непрерывно подзаряжаются от нсточника питания постоянного тока через дроссели 24, диоды 10 и 12 и нагрузку 9, включенную иоследовательпо с ними.

Мость 1 и 2 работают поочередно таким образом, что во время работы тиристоров 5 и 8 моста 1 конденсатор 3 моста 2 возвращает избыточный запас эпергпи через диоды 22, 23 и 12 обратно, подзаряжая конденсатор 14. Затем работают тиристоры 5 и S моста 2, и в это же время происходит возврат энергии конденсатора 3 моста 1 через диоды 20, 21 и 13 и т. д.

Па фиг. 3 приведена кривая суммарного тока, текущего через нагрузку 9 во время работы обоих мостов / и 2. Эта кривая состоит из полуволи синусоиды, между которыми имеется иебольшая пауза /„ . Наличие этой паузы объясняется тем, что в момент включения тиристоров одного из мостов, например тиристоров 5 и 8 моста /, через диод 10 протекает зарядный ток конденсаторов 14 и 15, постоянно текущий через дроссели 24 от источника питания. Поэтому при включении тиристоров 5 и 8 моста 1 иервоиачально ток течет не через нагрузку 9, а через диод 10 встречно зарядному току н только в момент времени,

когда ток тиристоров становится больше зарядного тока, диод 10 гасиет, и ток течет через нагрузку 9 и диод 13. В результате между иолуволнами синусоид тока нагрузки образуются небольшие паузы.

Рассматривая форму тока нагрузки видно, что кривая тока состоит из двух составляющих: постоянной, изобрал енной лниией, параллельной оси абсцисс, и переменной, имеющей учетверенную частоту по отношению к

частоте работы тиристоров. Так, например, от момента времени работы тиристоров 5 и S моста / до их повторного вступления в работу имеет место четыре периода выходного нанряжения. Паличие постоянной составляющей в

кривой тока при работе на индукторе или через трансформатор не имеет существенного значения, так как активное сопротивление обмотки индуктора или обмотки трансформатора для постоянного тока очень мало и на

них не выделяется заметной мощности от иостоянпого тока.

Р1нвертирующие мосты 16 и 17 (см. фиг. 2) работают так же, как инвертирующий мост /, проиуская ток через нагрузку 9 во время работы тиристоров 5, 8 и 6, 7 при помощи диода 10 для моста 16 и диода 11 для моста 17. Во время работы обратных диодов 20, 21 и 22, 23 моста 16 ток перезаряда коммутирующего конденсатора 3, минуя нагрузку, протекает через диод 13 (диод 12 для моста 17), подзаряжая конденсаторы 25 и 26. Конденсаторы 14, 15, 25 и 26 непрерывно подзаряжаются от источника иитания постоянного тока через дроссели 24 и 27.

Иивертирующие мосты /, 2, 16 и 17, соединенные носледовательно и параллельно, могут обеспечивать нормальный режим работы только ири условии, если одиовременно горят тиристоры двух последовательно соединенных

мостов, у которых конденсаторы (14 и 15) не имеют общей точки соединения, например мосты 1 и 2, 16 и 17. Эти иары мостов относительпо друг друга работают поочередно таким образом, что во время горения тиристоров 5 и 8

мостов 1 и 2 ком.мутирующие кондеисаторы 3 мостов 16 и 17 возвращают избыточный запас энергии через диоды 22 и 23 и соответственно диоды Ни 13 обратио, подзаряжая кондеисаторы 25 и 26. Затем работают тирлсторы 5 и 8 мостов 16 и 17, и в это же время происходит возврат энергии коммутирующих конденсаторов 5 мостов 1 н 2 через диоды 20 и 21 и соответственно диоды 10 и 12, минуя нагрузку 9.

соединением ннвертирующнх мостов, раоотающих на общую нагрузку 9, позволяет осуществнть инвертирование на высоком напряжении источника иитания или использовать тиристоры с пониженным классом напряжения. При отсутствии диодов 10-13 схема инвертора становится неработоспособной в качестве учетверителя частоты.

В этом случае схема превращается в известный удвонтель частоты с емкостью фильтра н двумя инвсрторными мостами, включенными последовательно с нагрузкой. Кроме того, описываемая схема инвертора позволяет иолучить высокие частоты иа выходе инвертора схемным путем методом учетверения частоты, ири этом частота тока, текущего через тиристор, имеет иониженную крутизиу, что резко снижает коммутационные потери. Наряду с этим в схеме обеспечивается стабильность напряжения на тиристорах при неременной нагрузке весьма простым способом, а именно включением встречных днодов 20-23.

Сочетание принципа стабилизации иапряжения на тиристорах при помощи встречных диодов с принципом учетверения частоты за счет нснользовання многоячейковостп, т. е. поочередной работы мостов на общую нагрузку 9, позволяет создавать на обычных тиристорах, выпускаемых серийно нашей пром1)Ипленностыо, мощные тирпсторпые преобразователи повыщенной и ультразвуковой частоты, способные работать на переменной нагрузке и прнгодные к широкому использованию о технике индукционного нагрева и других областях.

Предмет изобретения

10

Последовательный инвертор, содержащий однофазные инвертирующие мосты с LC-n,eпочками ц анодными и катодными груииами тиристоров, питающим ц однофазную нагрузку,

подключенную к выходу диодного моста, вход которого подсоединен через конденсаторы к входу инвертора, и собранными в два преобразовательных блока, аноды анодной грунны тиристоров одного из которых подсоединены к

одно.му полюсу питаюн1,его напряжения, а катоды катодной грунны тиристоров другого - к другому полюсу пптающего папряжеипя, отличающийся тем, что, с целью учетверения выходной частоты и иовьипеппя питающего

напряжения, катоды катодной группы тиристоров одного преобразовательного блока и аноды анодной группы тиристоров другого преобразавательпого блока подключены к выходу диодного моста.

Нагрузка 9