ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ИНВЕРТОР Советский патент 1971 года по МПК H02M5/42 H02M7/72 

Изобретение относится к устройствам преобразовательной техники и может применяться в технике индукционного нагрева, в гидролокационных установках я в других устройствах повышенной частоты. Известны инверторы со встречными диодами, в которых обеспечивается стабильность напряжения на вентилях. Такие инверторы устойчиво работают на переменную нагрузку. Недостатком их является большая крутизна нарастания прямого напряжения на тиристоpax момент выключения встречных диодов, что ограничивает возможность их применения при высоких напряжениях источника питания. Известны также инверторы на тиристорах без встречных диодов, в которых с целью расширения диапазона входного и выходного напряжения тиристоры соединены последовательно. Для принудительного выравнивания напряжения по тиристорам параллельно каждому тиристору включены демпфируюшие цепочки, состояшие из последовательно включенных емкости и неуправляемого диода, шунтированного сопротивлением. В таких инверторах приходится применять либо большие емкости в демпфирующих цепочках, что недостаточно на повышенных частотах, либо мириться с неравномерностью распределения напряжения на тиристорах и для сохранения их |целости ставить значительно большее количество вентилей с учетом возможной неравномерности распределения напряжения. Кроме того, известны инверторы с последовательно соединенными неуправляемыми диодами. Для выравнивания распределения напряжения по вентилям в них также применяются демпфируюш,ие цепочки. Однако с учетом неравномерности распределения напряжения и коммутационных перенапряжений число вентилей применяют с коэффициентом запаса равным 3-4. При построении мошных высоковольтны.х инверторов на тиристорах со встречными диодами возникают дополнительные трудности при последовательном соединении вентилей, связанные с необходимостью равномерного распределения не только величины перенапряжений, возникающих в моменты выключения тока неуправляемыми диодами, но и du скорости нарастания напряжения -rj во избежание самопроизвольного отпирания тиристоров и срыва инвертирования. Выравнивание скорости нарастания напряжения на тиристорах со встречно-параллельными диодами с помощью демпфирующих цепочек на повышенных частотах затруднительно, так как неуправляемые диоды при выключении немеют большой разброс по времени восстаповлепия запирающих свойств, и, есди они присоединены параллельно тиристорам, то на тиристорах появляется неравномериость распределения напряжения, иавязанная им встречными диодами, и, что самое главиое, неравномерность распределения скорости нарастания этого напряжения. Для серийно выпускаемых , промышленностью тириdaсторов, допустимая крутизна превышает 100 в/мксек. На повышенной частоте эта величина значительно меньше. При иеравиомерном распределении перенапряжений по вентилям, на отдельных тиристорах скорости нарастания прямого напряжения могут превышать допустимую величину, что неминуемо ведет к самопроизвольному отпиранию тиристоров и срыву инвертирования. Особенностью предлагаемого высоковольткого инвертора, обеспечиваюш,его равномерное распределение напряжения иа управляемых вентилях при обрыве тока в ветви неуправляемых вентилей, является то, что общие точки последовательно соединенных управляемых вентилей изолированы от общих точек последовательно соединенных неуправляемых вентилей, параллельно которым включены дополнительные RC-цепочки. На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого инвертора. Инвертор содержит управляемые вентили 1-12, неуправляемые дноды /5-20, коммутирующий конденсатор 21, коммутирующий дроссель 22, демпфирующие цепочки, состоящие из диодов 23, 24, конденсаторов 25, 26 и резисторов 27, 28, а также выравнивающие резисторы 29, защитиую дроссельную катущку 30, входной дроссель 31, конденсатор 32 фильтра и нагрузку 33. В установившемся режиме конденсатор 32 фильтра заряжен до напряжения источиика питания. При включении вентилей /-3 и 7-9 происходит перезаряд коммутирующего конденсатора 2} через дроссель 22, защитную дроссельную катущку 30, конденсатор 32 и нагрузку 33. Схема инвертора рассчитана на колебательный характер процесса. Через нагрузку 33 протекает положительная полуволна тока в одном (первом) направлении. После того, как напряжение на коммутирующем конденсаторе 21 превысит напряжение источника питания и положительная полуволна тока пройдет.через нулевое значение, указанные тиристоры гаснут. Никаких перенапряжений при обрыве тока тиристоров не возникает, так как открываются встречные диоды 13, 14 и 17, 18, и по колебательной цепи инвертора протекает отрицательная полуволна тока. Через нагрузку 33 протекает ток в направлении, обратном первому (второе направление). После того, как коммутирующий конденсатор 21 разрядится до напряжения, меньщего, чем напряжение источника питания, и отрицательная полуволна тока пройдет через нулевое значение, диоды 13, 14 и 17, 18 гаснут. Во время горения диодов 13, 14 и 17, 18 на тиристорах небольшое обратное напряжение, и они успевают полностью восстанавливать свою управляемость. Затем включаются вентили 4-6 и 10-12, и конденсатор 21 начинает снова перезаряжаться. Через нагрузку 33 протекает вторая положительная полуволна тока в первом направлении. После обратного перезаряда коммутирующего конденсатора 21 и погасания тиристоров 4-6 и 10-12 включаются диоды 15, 16 и 19, 20, и через нагрузку 33 протекает вторая отрицательная полуволна тока. Таким образом, в течение одного цикла работы всех вентилей инвертора на выходе имеются два периода напряжения, близкого по форме к синусоидальному, без постоянной составляющей, так как нагрузка 33 подключена к инверторному мосту через конденсатор 32 фильтра. Неуправляемые диоды 13-15, 16-20 для восстановления своих запирающих свойств требуют времени, которое составляет 6-10 мксек и имеет разброс по отдельным вентилям. Поэтому после перехода отрицательной полуволны тока встречных диодов через нулевое значение, эти диоды иаходятся некоторое время в состоянии проводимости, и через них протекает обратный ток. После восстановления запирающих свойств диодов, обратиый ток, протекающий через иих, обрывается с очень большой скоростью, что приводит к возникновению перенапряжений за счет энергии, запасенной в индуктивностях катушек 22 и 30. Эти перенапряжения являются обратными ДЛЯ встречных диодов и прямыми для тиристоров. Частичное выравнивание их распределения по диодам достигается демпфирующими цепочками 23, 25, 27. Обеспечить идеальную равномерность напряжения по диодам невозможно, поскольку диоды имеют больщой разброс по времени восстановления запирающих свойств и большую собственную емкость переходов в момент выключения тока. При этом наибольшая крутизна нарастаиия - и величина обратного для диодов перенапряжения будет на вентиле, имеющем меньшее время запирания. Так как каждое плечо инвертора выполнено в виде двух встречно-параллельно включенных ветвей, одна из которых содержит только последовательно соединенные тиристоры, а другая - только последовательно соединенные диоды, то к тиристорам прикладывается суммарная величина перенапряжений, возникающих при выключении диодов. Выравнивание распределения крутизны нарастания напряжения - встречных диодов уже успевают восстановить свои первоначальные свойства. Так как в инверторах на тнрпсторах со встречно-параллельными диодами число последовательно включенных тиристоров определяется не только величиной напряжения, но и главным образом допустимой скоростью нарастания прямого напряжения, которая не зависит от класса вентилей, предлагаемый высоковольтный инвертор позволяет применить минимальное число последовательно включенных тиристоров с учетом класса вентилей и допустимой скорости нарастания прямого напряжения. Число же последовательно включенных диодов выбирается независимо от тиристоров, определяется только по рабочему напряжению с учетом необходимого запаса из-за неравномерности распределения напряжения по диодам.

Предмет изобретения

Высоковольтный инвертор, содержащий j каждом плече включенные встречно-параллельно ветви, одна из которых выполнена из последовательно соединенных управляемых вентилей, шунтированных RC-цепочками, ,1 другая - из последовательно соединенных неуправляемых вентилей, отличающийся тем,

что, с целью равномерного распределени: напряжения на управляемых вентилях ирл обрыве тока в ветви неуправляемых вентилей, общие точки последовательно соединенных управляемых вентилей изолированы ог

общих точек последовательно соединенных неуправляемых вентилей, причем параллельно неуправляемым вентилям подсоединены дополнительные RC-цепочки.