Автономный инвертор Советский патент 1978 года по МПК H02M7/515 

(54) АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может найти широкое при.менение в установках повышенной частоты, например, для индукционного нагрева металла -в вакуумных электропечах. Известны многоячейковые автономные инверторы, содержаш,ие тиристорные мосты с коммутирующими конденсаторами в диагонали коммутируюшую индуктивность, включенную между указанными мостами, входные дроссели и емкость фильтра, а также диоды обратного тока. В указанных инверторах имеет место несимметрия напряжения на нагрузке относительно входных- зажимов инвертора, что приводит к появлению разрядов в вакуумной печи. Из известных схем инверторов наиболее близ ким по технической суш,ности к заявляемо.му автономному инвертору является последовательный инвертор, состоящий из двух тиристорных мостов с коммутируюш,ими конденсаторами в диагонали, с коммутирующей индуктивностью, последовательно соединенной с мостом через диоды, к коммутирующей индуктивности присоединены разделительные конденсаторы. Нагрузка инвертора с параллельно подсоединенным компенсирующим конденсатором включена последовательно с инверторным мостом. В этом инверторе ограничение коммутационных и других перенапряжений достигается наличием дополнительных вентилей обратного тока. Диоды обратного тока стабилизируют напряжение на тиристорах инвертора при изменении эквивалентного сопротивления нагрузки путем ограничения напряжения на коммутирующих конденсаторах. Возврат реактивной энергии с коммутирующей индуктивности осуществляется в цепь источника питания. Недостатком данного инвертора является несимметрия напряжения на нагрузке относительно входных зажимов инвертора и «земли, вызванная поочередной работой инверторных мостов и диодов обратного тока, что приводит к появлению разрядов в вакуумной печи. Это уменьшает также эффективность использования элементов инвертора по напряжению. Целью изобретения является улучшение кривой выходного напряжения и повышение КПД. Это достигается те.м, что в инверторе, содержащем тиристорные мосты с ком.мутирующи.ми конденсаторами в диагонали, точки соединения тиристорных мостов с коммутирующими индуктивностями соединены с входным зажимом через четырехполюсник, образованный открытым диодным мостом с конденсатором в диагонали. Симметрирование нанряжения на нагрузке осуществляется нри одновременном включении обоих последовательных, инверторных мостов и затем диодов четырехнолючника, которые производят сброс избыточной реактивной энергии из колебательного контура инвертора. При питании инвертора через выпрямитель от промышленной сети переменного тока с заземленной нейтралью даже при полной симметрии напряжения на индукторе появляются дополнительные потенциалы относительно земли, и.меющие утроенную промышленную частоту. Эти потенциалы, накладываясь на напряжение высокой частоты, во многих случаях являются причиной возникновения пробоев в вакууме при плавке металлов. Для снижения этих потенциалов предложен второй вариант симметричного инвертора с заземлением средней точки индуктора через дроссель. На фиг. 1 представлена принципиальная схема автономного инвертора для вакуу.мной плавки металлов; на фиг. 2 - вариант исполнения симметричного инвертора с заземлением средней точки индуктора через дроссель; на фиг. 3 - токи тиристоров и диодов четырехполюсника, а также форма напряжения на коммутирующем конденсаторе и нагрузке инвертора. Автономный инвертор состоит из нескольких соединенных параллельно инверторных моетов с тиристорами 1-8; коммутирующих конденсаторов 9, 10; коммутирующих индуктивностей 11, 12; нагрузки 13, 14 с параллельно подключенной компенсирующей емкостью 15; входных дросселей 16, 17; моста, выполненного на диодах 18-21 с конденсатором 22 в диагонали, и входного конденсатора фильтра 23. Диоды 20, 21 с целью улучшения пуска инвертора могут быть шунтированы резисторами 24, 25. Отличием инвертора от известных (см. фиг. 1) является сброс избыточной реактив ной мощности через четырехполюсник, образованный открытым диодным мостом с конденсатором в диагонали. Указанный открытый диодный мост подключен к точкам соединения коммутирующих индуктивностей с инверторными .мостами и входными зажимами инвертора. Работа инвертора при одновре.менной работе двух последовательных тиристорных мостов происходит следующим образом. При установившемся режиме работы инвертора через дроссели 16, 17 течет входной ток постоянный по величине, а конденсатор фильтра 23 заряжен до напряжения источника питания инвертора. Пусть полярность коммутирующих конденсаторов 9 такая, как указана на фиг. 1, при этом в инверторе одновременно включаются тиристоры 1, 2. Колебательный ток перезаряда коммутирующих конденсаторов 9 потечет через коммутирующие индуктивности II, 12, нагрузки 13, 14, e.viкость 15 инвертора и конденсатор фильтра 23. После прохождения эти.м током макси.мального значения, когда напряжение на коммутирующих индуктивностях II и 12 сменит полярность и станет выше, чем напряжение на конденсаторе 22, откроются диоды 18 и 19 и тиристоры I, 2 выключатся. Напряжение на каждом из коммутирующих конденсаторов после открытия диодов 18, 19 ограничивается -на уровне напряжения источ вика питания. Коммутирующие конденсаторы 9 за указанный цикл работы инвертора перезаряжаются на обратную полярность, после чего включаются тиристоры 5, 6 последовательных инверторных мостов. Процессы в инверторе при этом протекают аналогично. После окончания работы всех тиристоров инверторных мостов завершается полный цикл работы инвертора и на нагрузке будет иметь место четыре периода выходного напряжения. Диоды 20 и 21 ограничивают напряжение на конденсаторе 22 на уровне напряжения источника питания. Отрицательное напряжение на тиристорах, например 1 и 2, сущ.ествует после выключения, тиристоров 1, 2 интервала.времени, в течение которого выключены тиристоры 5, 6 другого параллельного моста и интервала с момента включения тиристоров 3, 4 до перехода напряжения на них через нулевое значение в процессе перезаряда коммутирующего конденсатора 9. На фиг. 3 момент времени ti соответствует включению тиристоров 1 и 2 инверторного моста, tj - включению диодов 18, 19 и выключению тиристоров 1, 2 и 1з - выключению вентилей диодного моста и включению тиристоров 5, 6 другой ячейки. Приведенный инвертор может работать по многотактной схеме, которая реализуется при поочередной работе параллельных инверторных ячеек и по двухтактной схеме при од-й-овременмой работе параллельных ячеек. Для увеличения КПД инвертора его коммутирующие индуктивности могут быть выполнены магнитосвязанны.ми (см. фиг. 1). Для снижения потенциалов утроенной промышленной частоты относительно земли средняя точка индуктора соединяется с зе.млей через дроссель 26 (см. фиг. 2). Индуктивность дросселя рассчитывается так, что , образованная коммутирующей емкостью одного тиристорного моста и дросселем, представляет собой фильтр, в котором Нспряжение низкой частоты падает на коммутирующую емкость, а дроссель имеет малое сопротивление для токов низкой частоты. Тогда индуктор не будет иметь дополнительного потенциала низкой частоты относительно земли, либо этот потенциал будет значительно снижен. Формула издбретения Автономный инвертор, содержащий тиристорные мосты с коммутирующими конденсаторами в диагонали,соединенные последовательно