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

Известен автономный инвертор, питающий однофазную нагрузку и содержащий конденсаторы, дроссели и тиристорные ячейки, соединенные в цепочку, подключенную к положительному и отрицательному полюсам источника питания. Однако такой инвертор сложен и не обеспечивает большого диапазона напряжений источника питания.

Предлагаемый инвертор отличается от известного тем, что конденсаторы соединены в звезду и подключены через дроссели к точкам соединения тиристоров ячеек, а однофазная нагрузка подключена к общей точке-звезды конденсаторов и отрицательному нолюсу источника питания.

Такое выполнение инвертора,позволяет упростить его устройство и увеличить диапазон нанряжений источника питания.

На фиг. 1 дана принципиальная схема описываемого инвертора; на фиг. 2 - эпюры токов и напряжений.

Инвертор питает однофазную нагрузку 1 и содержит конденсаторы 2-7, дроссели 8-10 и тиристорные ячейки 11-13, соединенные в цепочку, подключенную к положительному и отрицательному полюсам источника питания. Конденсаторы 5-7 соединены в звезду и подключены через дроссели 8-10 к. точкам 14 соединения тиристоров 15 и 16 ячеек 11-13. Нагрузка / подключена к общей точке 17

звезды конденсаторов о-/ и отрицательному нолюсу источника питания.

В установивидемся режиме конденсаторы 2-4 заряжены равномерно так, что сумма напряжений на них равна напряжению источника питания. К моменту времени О, соответствующему началу цикла работы инвертора, напряжение на коммутирующих конденсаторах 5-7 имеет полярность, указанную на фиг. L

Ячейки работают следующим образом.

Включается тиристор 15 ячейки 11. Коммутирующий конденсатор 7 заряжается по цепи: последовательно включенные конденсаторы 2-4 - дроссель 8 - нагрузка 7. После того, как напряжение на конденсаторе 7 станет выше напряжения на конденсаторах 2-4 и колебательный ток, протекающий через тиристор /5 и нагрузку, перейдет через нулевое значение, этот тиристор гасится. Через нагрузку протекает положител-ьная полуволна тока в направлении, указанном стрелкой на фиг. 1.

Затем включается тиристор 16 ячейки 12. Коммутирующий конденсатор 6 разряжается по цепи: конденсатор 4-дроссель 9-нагрузка 1. Тиристор 16 запирается после того, как напряжение на конденсаторе 6 станет ниже напряжения на конденсаторе 4 и колебательный ток разряда, протекающий через тиристор 16, перейдет через нулевое значение. Через нагрузку нротекает отрицательная полуволна тока в направлении, противоноложном указанному стрелкой на фиг. 1..

Следующим включается тиристор 15 ячейки 13. Коммутирующий конденсатор 5 заряжается по цени: конденсаторы 2-4 - дроссель 70 -нагрузка 1. Тиристор 15 запирается после того, как напряжение на конденсаторе 5 станет выще напряжения на конденсаторе 4 и колебательный ток заряда перейдет через нулевое значение. По нагрузке опять протекает положительная полуволна тока в направлении, указанном стрелкой на фиг. 1.

Затем включается тиристор 16 ячейки 11, Конденсатор 7 разряжается по цепи: конденсаторы - дроссель 8 - нагрузка /. Тиристор 16 запирается после того, как колебательный ток разряда ячейки 12 перейдет через нулевое значение, а напряжение на конденсаторе 7 станет меньще напряжения на конденсаторах 3 к 4. Через нагрузку протекает вторая отрицательная полуволна тока в направлении, обратном . указанному стрелкой .на фиг. 1.

После этого включается тиристор 15 ячейки 12. Конденсатор 6 зарял ается по цепи: кондепсаторы 3 к 4 - дроссель 9 - нагрузка 1. После того, как напряжение на конденсаторе 6 станет выше напряжения на конденсаторах 3 н 4 и колебательный ток заряда перейдет через нулевое значение, этот тиристор запирается. Через нагрузку протекает третья положительная полуволна тока в направлении, указанном стрелкой на фиг. 1.

После включения тиристора 16 ячейки 13 конденсатор 5 разряжается по цепи: дроссель 10 - нагрузка 1. Тиристор 16 запирается после того, как напряжение на конденсаторе 5 перезарядится до противоположной полярности и колебательный ток разряда перейдет через пулевое значение. Через нагрузку протекает третья отрицательная полуволна тока в нанравлении, противоположпом указанному стрелкой па фиг. 1..

На этом цикл работы инвертора заканчивается, и процесс повторяется.

Из эпюр видно, что частота результирующего тока нагрузки (см. фиг. 2, а) в три раза выше частоты работы тиристоров последовательно соединенных ячеек инвертора.

При таком исполнении инвертора отдельные ячейки оказываются под высоким потенциалом по отпошению к цепи нагрузки. Поэтому в предлагаемом инверторе применено потенциальное разделение инверторных ячеек от цепи нагрузки путем использования коммутирующих конденсаторов 5-7. Напряжение на

этих конденсаторах состоит из Двух составляюгцих: постоянной и переменной. Распределе| ие напряжения по постоянной составляющей |на конденсаторах 5-7 задается выравниваю|щ.ими активными сопротивлениями 18, шунтирующими тиристоры 15 и 16 инвертора. Па постоянную составляющую напряжения конденсаторов 5-7 накладывается переменная составляющая, обусловленная работой ячеек.

В предлагаемом инверторе несмотря па то, |что ячейки 11-13 включены последовательно, нагрузка ко всем ячейкам присоединена без трансформатора, причем конденсаторы 5-7 иснользуются не только для коммутации тока, но и выполняют роль потенциально разделяющих конденсаторов.

Так как последовательные инверторы имеют большую раскачку по нанряжепию, то постоянная составляющая напряжения на конденсаторах 5-7 практически незначительно влияет на выбор коммутирующих конденсаторов но напряжению.

Инвертор может работать и как обычный последовательный инвертор без утроения частоты. В этом случае все ячейки инвертора работают одновременно с поочередным включением тиристоров 15 и 16 всех трех ячеек //-13. В этом случае через нагрузку протекает утроенный ток с частотой, определяемой частотой работы тиристоров.

Простота схемы, отсутствие высокочастотного разделительного трансформатора, возможность питания от источников повышенного папряжения нозволяют на серийно выпускаемых тиристорах создавать мощные тиристорные преобразователи повышенной и ультразвуковой частоты.

Предлагаемый инвертор может найти широкое применение в металлообрабатывающей промышленности для термообработки, сварки, пайки и других технологических процессов.

Предмет изобретения

Автономный инвертор, питающий однофазную нагрузку и содержащий конденсаторы, дроссели и тиристорные ячейки, соединенные в цепочку, подключенную к положительному и отрицательному полюсам источника питания, отличающийся тем, что, с целью упрощения и увеличенпя диапазона напряжений источника питания, конденсаторы соединены в звезду и подключены через дроссели к точкам соединения тиристоров ячеек, а однофазная нагрузка подключена к общей точке звезды конденсаторов и отрицательному полюсу источника питания.