АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР Советский патент 1973 года по МПК H02M5/16 H02M7/72 

1

Известен автономный инвертор, содержащий два соединенных нараллельно и подключаемых к источнику питания однофазных тиристорных моста с обратными диодами, причем один ,из тиристорных мостов снабжен LC-цепочкой, через которую общая точка тиристоров одной ветви моста подключена к одной из выходных клемм, ко второй из которых подключена общая точка тиристоров другой ветви этого .моста. Однако указанный инвертор не позволяет утроить частоту выходного напряжения и имеет высокую картину нарастания тока тиристоров.

Предлагаемый инвертор отличается от известного тем, что второй тиристорный мост снабжен также LC-цепочкой, через которую общая точка тиристоров одной ветви данного моста подключена ко второй выходной клемме, к первой из которых подключена общая точка тиристоров другой ветви этого моста.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема инвертора; на фиг. 2 - 4 приведены кривые тока нагрузки инвертора.

Автономный инвертор содержит соединенные параллельно и подключаемые к источнику литания однофазные тиристорные мосты 1, 2. Мост 1 содержит тиристоры 3-6 и обратные диоды 7-10, а мост 2 - тиристоры //- 14 и обратные диоды 15-18. Мост 1 снабжен LC-цепочкой, состоящей из дросселя 19 и конденсатора 20, через которую общая точка тиристоров 5, 6 подключена к выходной клемме 21. К выходной клемме 22 подключена общая точка тиристоров 4, 5 моста /.

Тиристорный мост 2 также снабжен LC-цецепочкой, состоящей из дросселя 23 и конденсатора 24, через которую общая точка тиристоров }2, 13 моста 2 подключена к выходной клемме 22, а к выходной клемме 21 подключена общая точка тиристоров 11, 14 моста 2.

На входе инвертора расположен фильтр, содержащий дроссель 25 и конденсатор 26.

В установивщемся режиме конденсатор 26 фильтра заряжен до входного напряжения источника питания.

Однофазный инверторный мост / работает следующим образом. При включении тиристоров 3, 5 происходит перезаряд коммутирующего конденсатора 20. Ток через нагрузку 27 течет в прямом направлении, указанном стрелкой на фиг. 1.

После того, как напряжение на коммутирующем конденсаторе 20 станет выще напряжения источника питания и колебательный ток через тиристоры 3, 5 пройдет через нулевое значение, тиристоры гаснут. Тогда открываются обратные диоды 7, 9, и начинает протекать обратный ток разряда коммутирующего конденсатора 20. При этом емкости конденсатора 26 фильтра возвращается избыток реактивной энергии, запасенной в KOMMyT jpytoHieM конденсаторе 20. Ток через ййгрузку 2 протекает в направлении, обратном указанному стрелкой. После того, как коммутирующий конденсатор 20 разрядится до напряжения, меньшего напряжения источника питания, и ток, текущий через обратные диоды 7, 9, станет равным нулю, эти диоды гаснут.

В течение промежутка времени, пока диоды 7, 9 проводят ток на тиристорах 3, 5 имеется небольшое обратное напряжение, и они успевают восстановить свою управляемость. Затем включаются тиристоры 4, 6 моста 1, и происходит обратный перезаряд коммутирующего конденсатора 20 до напряжения противоположной полярности. Через нагрузку 27 протекает полуволна тока в направлении, обратном указанному стрелкой на фиг. 1. После прохождения тока че-рез нул-ь тиристоры 4, 6 гаснут, и включаюся обратные диоды 8, 10. Происходит разряд коммутирующего конденсатора 20. Через нагрузку 27 протекает полуволна тока в направлении, указанном стрелкой на фиг. 1.

Погасанием обратных диодов 5, 10 завершается 1ИОЛ-ИЫЙ «.и-кл работы инверто-рного моста 1, И затем процесс повторяется.

Таким образом, в течение полного цикла работы инверторного моста / через нагрузку 27 протекает один период тока, каждый полупериод которого образован полуволной тока обратных диодов 7-10 и полуволной тока тиристоров 3-6.

Инверторный мост 2 работает точно так же, как ««верторный мост ), пропуская через патрузку 27 ток, каждый полупериод которого образован полуволной тока разряда коммутирующего конденсатора 24 при горении обратных диодов /5, -17 или 16, 18 и полуволной тока перезаряда коммутирующего конденсатора 24 при ;работе тиристоров 11, 13 или 12, 14.

Инверторные мосты / и 2 работают одновременно на общую нагрузку 27, включенную последовательно в коммутирующую цепь каждого моста 1, 2, со сдвигом по фазе на угол, -близкий /3 (одной трети) периода частоты управления.

На фиг. 2, а показана кривая тока нагрузки 27 при работе только одного инверторного моста 1; на фиг. 2,6 приведена кривая тока нагрузки 27 лри работе инверторного моста 2. На ;фиг. 2,6 представлена кривая суммарного тока, текущего через нагрузку во время работы обоих мостов / и 2.

Эта кривая -состоит из двух частот: тока низкой несущей частоты, определяемой частотой управления, и наложенного на нее тока утроенной частоты по форме, -близкой к синусоидальной.

Высокочастотная составляющая суммарного тока нагрузки 27 имеет большую амплитуду, В три раза превышающую амплитуду низкочастотной составляющей. Поэтому результирующей рабочей частотой тока нагрузки 27

является иненно эта высокочастотная составляющая. Й|)й р&боте на индукционный нагрев нагрузка 27 представляет собой колебательный контур, настроенный в резонанс на рабочую частоту, в результате чего это отношение амплитуд еще более увеличивается. Так, например, при нагрузки, имеющей созф 0,15, амплитуда высокочастотной составляющей тока нагрузки 2:7 превыщает ампли тр/ду низкочастотаой составл-яюшей в 18- 20 раз, (вследствие чего .потери Мощности от низкочастотной составляющей тока незначительны. Эти потери являются также полезными, так как создают дополнительный подогрев заготовок.

На фиг. 3, а, б, в приведены кривые тока нагрузки 27 при работе инвертора В режиме, близком к апериодическому, когда ток через обратные диоды 7-10, 15-18 мал по амплитуде и его можно условно считать близким нулю.

На фиг. 4, а, б, в приведены кривые тока нагрузки 27 при работе инвертора в режиме, близком к -короткому замыканию, когда нагрузка 27 очень мала, потери в колеёатёЛъных цепях отсутствуют, и вся поступающая в коммутирующие конденсаторы 20, 4 через тиристоры 3-6, 11-14 энергия возвращается источнику питания обратно через встречно-параллельные диоды 7-10, 15-/8.

Из кривых видно, что инвертор устойчиво работает в щироком диапазоне изменения нагрузки 27. При этом в любом из крайних возможных режимов работы при сохранении оптимальным угла сдвига фаз отнощение составляющих результирующего тока остается по отношению и частот и амплИтуд неизйённым и кратным трем. Изменение угла сДвига фаз от оПТимаЛьйого

приводит к уменьшению аМплитуДы вйсокочастотной составляющей тока нагрузки 27. Это обеспечивает возможность регулирования выходной мощности, что имеет большое значение в технике индукционного нагрева.

Следует отметить, что дроссель 25 для ограничения сквозных токов тиристоров 3-6, 11-14 в момент коммутаЦии токаС диода на противофазно работающий тиристор.

На известных тиристорах получение высоких частот большой мощности ограпйчено временем восстановления их управляемости и невозможностью пропускать через них токи высокой крутизны из-за ограниченной скорости раапространепия проводимости и Локализации потерь вблизи управляющего электрода.

Схема предлагаемого инвертора имеет пониженную крутизну тока тиристоров, кotopaя

определяется не крутизной тока Hatpyiskn, а крутизной тока в ег1э кбмтиутирующих -цепях, которая значительно ниже, что в сочетании с пониженной частотой KOTViMyTatiitin, резко снижает коммутационные потерй в тиристорах.

Наряду с этим обеспечивается стабильность напряжения на тиристорах при работе на переменную нагрузку весьма простым способом, а именно включением -встречно-параллельно тиристорам неуправляемых диодов.

Предмет изобретения

Автономный инвертор, содержащий два соединенных параллельно и подключаемых к источнику питания однофазных тиристорных мостов, причем один из тиристорных мостов снабжен LC-цепочкой, через которую общая

точка тиристоров одной ветви моста подключена к одной из выходных клемм, ко второй из которых подключена общая точка тиристоров другой ветви этого моста, отличающийся тем, что, с целью утроения частоты выходного напряжения и снижения крутизны нарастания тока тиристоров, .второй тиристорный мост снабжен также LC-цепочкой, через которую общая точка тиристоров одной ветви данного моста подключена ко второй из выходных клемм, к первой из которых подключена общая точка тиристоров другой ветви этого моста.

fuz. 3