Автономный инвертор Советский патент 1976 года по МПК H02M7/537 

Предлагаемое устройство относится к :Силовой преобразоватепьной технике и может найти применение в качестве источниJKOB хштания электротермических установок повышенной частоты. iИзвестен автономный инвертор, содержа щий подключенные последовательно к выхо рным зажимам через дроссель фильтра |тиристорные мосты с коммутирующим кон;денса.ором в диагонали и нагрузку, а так-i же две последовательные цепи из конненса-j торов фильлра и коммутирующих дросселей. Недостатком известного инвертора яв- . шляется повышение напряже1тя на элемента при расстройке нагрузочного колебательно;го контура. : Огра1тачение напряжения на элементах инвертора для повышения к. п. д. обеспечивается тем, что автономный инвертор дополнительно снабжен диодом, включенным . между общими точками конденсаторов филь ;тра и коммутирующих дросселей, выполнен ных магнитосвязанными, причем ошга из стороны положительного входного зажима, ;а коммутирующий оссель- со сто- роны отрицательного входного зажима. На фиг. 1 н 2 приведены соответстве jHO приншпшаЛьные схемы автономного инiaepTopa с магнитной связыо и без магнитной связи между обмотками коммутирующих дросселей; на фиг. 3 представлены осциллограммы напряжений иа элементах инвертора; на ф,иг. 4 даны графики зави- ; ;симости амплитуды напряжения ый коммутирующем инверторе и тока в нем от экви;валентн1эго сопрот.ивления иагрузки. ; Автономный инвертор содержит два .тиристорных моста, выполненных на ти;рист0рах 1 - 4 и 5 -В соответственно с Коммутирующими конденсаторами 9, 1О в ;диагоналях; конденсаторы фильтра 11, 1. последовательно с которыми включены , ;ответстйенно обмотки коммутирующих ;дрос селей 13, 14; дросселя филыгра 15 в на:грузку 16. 1 Устройство работает следующим обраГуфисторные мосты 1-4 и 5--8 могут работать как параллельно, так и по многоеячейковой схеме с фазовым сдвкг-ом, Рассматривается работа инвертсфа при параллельной работе мостов, 1ф,и этом одно временно включаются тиристоры 1, 3 и6,р а (затем 2,4 и 5,7. При указанной на . 1 пол$фности напряжения на коммутирующих конденсаторах 9, 1О включают тиристоры 2,4 и 5,7. При этом ток перезаряда коммутирующих конденсаторов 9 и 1О протекает по цепи, образованной тиристорами 2,4 и 5,7, нагрузкой 16, и двум параллельным ветвям 14-11 и 12-13. Параметры указанной цепи должны быть выбраны так, чтобы ток перезар5зда коммутирующего конденсатора имел колебательный характер,Когда ток в указанной цеди пройдет через максимальное значение, налряже вдя на обмотках 13, 14 меняют полярность и нарастают по абсолютной веяичттае. В момент Времени, когда напряжения на обмотках 13 4 14 сравниваются с величтшой напряжешгй на конденсаторах фильтра 11 и 12, отпиэается диод 17. Элекаромагнитная энерг,Ш1, запасенная в обмотках 13, 14, переходит 3 энергию конденсаторов 11 и 12. При про одимости диода 17 напряжение на комыут Ьуюших конденсаторах 9 и Ю равно сумме |1 апряжений на конденсаторах фильтра 11 и 12 и нагрузке 16. ; . К моменту выютючения тиристоров 2,4 и и,7 и диода напряже1шя на коммупфующих конденсаторах 9, Ю достигает максимального значения, равного сумме напряжений а конденсаторах ф.ильтра 11, 12, которое почти не зависит от параметров нагрузки 16 Таким образом осуществляется ограшгче щсе напря сения на коммутирующих конденЬаторах 9, Ю и на тиристорах инверторного моста. При проводимости тиристоров 2, 4 и 5, юнденсаторы 9 и Ю перазаряжаются и происходит подготовка для включения проти вофазных тиристоров 1,3 и 6,8. После окончагаш провош1мости .диода 17 включаются тиристоры 1,3 и 6,8 шшертоpa и рассмотрешше процессы повторяются. При каждом включении тиристоров КЕвер рора в нагрузке протекает полный период гока -выходной частоты. Нагрузка представ-ч sriHeT собой колебателыштй , настроен|цый на резонанс на первую гармошшу выхо horo гока инвертора. Ьсли инвертор работает по миогоячейко вой схеме, то есть поочерешю В1шючаются Тиристоры 2,4 первого моста, тиристоры 5,7 второго моста, тиристоры 1,3 первого моста, тиристоры 6,7 второго моста, orpa-i ничеаие напр5исешга на коммутирующих конденсаторах 9, Ю происходит аналогично рас pMolpeiraoMy. Параллельная работа нескольких тиристойтых мостов осуществляется для повыщения vloщнocти инвертора. В случае поочередной заботы тиристорных мостов по многоячейровой схеме имеется возможность повыще|шя выходной частоты инвертора. Для рас- . смотренных обоих;случаев дроссель и конденсаторы фильтра, коммутирующие дроссели являются общикп элементами обоих тиристов-, ых мостов и меняется только порядок включения тиристоров. i Налря сения на элементах предлагаемого инвертора не.зависяг от степени магнитной связи между обмотками коммутирующей ,дуктивностй, .. I .Выполнение, обмоток мап-гитосвязанными целесообразно для экономии материала, pac-lходуемого на изготовлетже коммутирующей индуктивности и для соогветс твующего. уме ъ шеш1я потерь, причем коммутирующий дроссель может быть выполнен как без сердечника, так и с ферромагнитным сердечником. Для упрощения конструкции .коммутирующие :фocceли ш-юертора могут быть выполнекы из двух обмоток, не имеющих магнит | ной связи (ф.Т1Г. 2), Осциллограмьсы напряжений на элемен- тах схемы,, полученные экспериментально при работе инвертора на нагрузку в виде колебательного контура, приведены на фиг. 3;. На фиг. 3,а показано напряжение на тиристорах при работе инвертора на колебатель- |ной контур, не настроенный в резонанс с вы-, ходным током .инвертора; на фиг. 3,6 -напря-. жеше на тиристорах при работе инвер-тора ; на колебательный контур, настроенный в резонанс с первой гармоникой выходного тока; фиг. 3, в иллюстрирует напряжение на коммутирующем дросселе 13 (14) инвертора. Напряжение на диоде 17 инвертора поваюряет кривую фдг. 3,в с учетом постоян-. ;ной составляющей, равной напряжению ис- точника питания. Этому соотвегствует сме шенис оси времени, показанное на фиг. 3, в пунктирной линией. Из сравнения фиг. 3,а и фиг. 3,6 можнр видеть, что амплитуда напряжения на тиристорах инвертора практически не зависит от коэффициента мощности или расстрой-. Kji нагрузки. Графики зависимости ат гплитудтл напр жения тш коммутирующем конденсаторе инвертора и тока в нем от эквивалентного Сопротипления нагрузки приведены на фиг.4 1для инвертора без диода (пунктирные ли;кии) и при подключённом диоде 17, где Jg - напряжеш1е на коммутирующем конденсаторе 9 (10); I In - амплитудное зйачегше тока в конден ;саторе 9 (1О).: . График приведен в относительном мас: штабе, базисной вел;ичиной для напряжения ; принято напряжение, источника питагаш; Ud для сопротивления нагрузки -- волI новое сопротивление коммутирующего контура инвертора , для тока базисной величиной является веточина . ; Графики приведены для инвертора, подклй Ьенного к источнику постояннохО напряжения ограниченной мощности. ; При изменении эквивалентного сопротивления нагрузки в Ш1ФОКИХ пределах амплитуда напряжения на коммутирующем конденсаторе и тока через него остается примерно постоянной ( фиг. 4 ). Это выгодно отличает предлагаемый инвертор от прототипу Кроме достаточно жесткого ограШиешга йапряженжЕй на элементах схемы предлагаемый инвертор обладает повышенным к.п.д. при малых сопротивлениях.и низком коэффи циенте мощности нагрузки. При уменьшении сопротивления нагрузки в известных инверторах выходной ток увеличийаегся в несколько развследствие эффек |га раскачки напряжения на коммутирующи элементах и увеличения добротности последовательного коммутирующего колебательгного контура. При этом существенное возрастание потерь в элементах инвертора подажает его к.п.д. относительно номинальрой нагрузки.. Наличие диода 17 в предлагаемом автояомном инверторе позволяет стабилизировать напряжения в колебательном контуре инвертора и поддерживать его к.п.д на неи лeннoм уровне при достаточно щироком диа 1азоне изменения эквивалентного сопротив Ления нагрузки. j . Дополнительное повышение к.п.д. дости;,гается при магнитной связи коммутирующий )индуктивностей 13 и 14 инвертора (рис. 1)) Эквивалентная индуктивность.пропорЦио- нальна квадрату числа ее витков, поэтому индуктивность полученного указанным образом коммутирующего трансформатора ока-г Ьывается значительно болыле, чем индукти jiiocTb одной его бмоткк. Таким образом, |при сохранении заданной индуктивности чис ||по витков магнитосоязанных обмоток быть снижено и соответственно уменьиены активные потери. На повыщеннь1х частотах возможно вы|Ьолнение эффективно магнитосвязанньгх ин-t дуктивностей без ферромагнит1П11х сердечI KOB. При реальном исполнении снижение потерь по указанным причинам составляет (величину, примерно равную 2О-25 %. I Таким образоМг-|выполнение . коммутирую : оцей .индуктивности из двух маг{1итосвязан4 1шз1х обмоток, включенных последовательно р конденсаторами фильтра, одна .из которых, еет общую точку с плюсовой щиной пита йия, а /фугая с минусом источника гаггания, и включение между общими точками -Конденсаторов фильтра и обмоток коммутирующей индуктивности шюда позволяет повысить к.п.д. ifflBepTOpa и эффективность рграничения напряхдания на его элементах. Если обмотки комк{утирующе.й индуктив|ности выполнить без магнитной связи, это ПОЗВОЛИТ упростить конструкцию инвертора 11нвертор испытан на макете преобразовате.ля мощностью 5О кВт, частотой 1О кГц, Испытания показали возможность ограничеНия напряжения .на элементах инвертора, чтс| позволило умены.Ш1ть установленную мощ .ность элементов и повыс.ить к.п.д. инвёрто ра. Фор м у ла изобретения Автономный инвертор, содержащий под ;ключенные последовательно к входным за жимам через дроссель фильтра т;фисторные (моёты с коммутирую ш1м конденсатором в fдиагонали, а также две последователы-ште цепи из конденсаторов филнгра и коммути|рующих дросселей, отличаю щийс я тем, что, с целью повышения КПД 1 путем огра шчения напряжетш на элемен1тах тавертора, он допоптгтельно снабжен ; ДИОДОМ, включенным между общиш точка|ми конденсаторов фильтра н коммут фующих щ осселей, последние выполнены могнито;связанными, причем один ме коммутгфзтощи ;дросселей присоединен со стороны положительного входного з.яж.иг.а, а другой - со стороны отрицательного входного зажима.

i 3/2 15 fiV ПГ/ПГ

о

,

.