Автономный последовательный инвертор Советский патент 1978 года по МПК H02M7/515 

(54) АВТОНОМЫЫЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ HHBBFTOi

.1 Изобретение относится к области преобразовательной техники. Извес.ен ряд схем одкомостовых инйерторов, в которых сброс избыточной реактивной энергии осуществляется посредством вентилей встречно-параллельного включения i. С применением унравляемых встречно-нараллельных вентилей во время бестоковой паузы между работой прямых и встречных вентилей, к прямым вентилям прикладывается обратное напряжение. При отпирании встречных вентилей обратное напряжение, прикладываемое к прямым вентилям, равно падению напряжения на встречных вентилях, т.. е. очень малое по величине. Время работы встречных вентилей составляет основной интервал времени, предоставляемого для восстановления управляемости, что приводит к увеличению времени, необходимого для восстановления управляемости прямых вентилей. В схеме со встречно-параллельными неуправляемыми вентилями, содержащей подключенный через фильтровые дроссели -к входным зажимам вентильный мост с узлЬм ко мутации, параллельно которому подключена последовательная цепь из двух фильтровых конденсаторов и нагрузки, зашунтированной. обратным вентильным полумостом, в течение всего интервала времен1, предоставляемого для носстановления управляемости прямых вентилей, к ним прикладывается малое обратное напряжение, что еще более увеличивает время, необходимое для восстановления управляемости, а следовательно, снижает предельно допустимую выходк частоту инвертора 2J. Целью изобретения является повышение эффективности ограничения 11апряжения на элементах инвер ора и нагрузке, а также уве-личение его выходной частоты. Указанная цель достигается тем, что фильтровые дроссели выполнены с отводами, соединенными через дополнительные фильтровые конденсаторы с концами cooTBeTCTByiOHiHx дополнитель} Ь х коммутирующих индуктивностей, каждая из которых включена между нагрузкой и фильтровым конденсатором, причем их точки соединения с нагрузкой соединены через дополнительные вентили с одними отводами фильтровых дросселей, к другим отводам которых подключены диоды. На фиг. } изображена схема автономного последовательного инвертора; на фиг. 2 инвертор, выполненный по двухмостовой схеме. Инвертор содержит прямые вентили 1-4 моста инвертора, диагональную коммутирующую иняуктив юсть 5, коммутирующий конденсатор 6, фильтровые конденсаторы /, 8, нагрузку 9, донолнительные коммутирующие индуктивности 10, 11, дополнительные фильтровые конденсаторы 12-15. фильтровые дроссели 16, 17, диоды 18, 19 сброса реактивной энергии, дополнительные вентили (тиристоры) 20, 21 для ограничения напряжений на нагрузке. Инвертор работает следующи.м образом. При отпирании в первом такте вентилей 1, 4 ток протекает по контуру 7-1-5-б-4-8-11-9-10-7. При этом через нагрузку 9 протекает снизу вверх импульс тока, близкий по форме к синусоиде. Во второй части полупериода первого такта, когда напряжение на индуктивностях 10 и 11.принимает полярность, указанную на фиг. Ц ипревышает напряжение на фильтровых конденсаторах 12 и 13, откры-ваются диоды 18 и 19. Индуктивности 10 и 11 зашунтированы контурами 18, 12 и 13, 19. Это приводит к тому, что ток в контуре: 7-1 - -5-6-4-8-11-9-10-7 быстро прекращается и протекает в контурах: 10-18-12-11 - -9-10 и 10-13-19-11-9-10. В результате этого перезаряд конденсатора 6 будет остаювлен на заданном уровне, а запас электромагнитной энергии в коммутирующих индуктивностях 10 и 11 будет израсходован в нагрузке. При открывании во втором такте венти-лей 2 и 3 ток протекает по контуру: 7-2- -6-5-3-8-11-9-10-7. При этом через нагрузку 9 снова протекает импульс тока, близкий но форме к синусоиде в том же направлении снизу вверх. Во второй части полупериода второго такта, когда напряжение на индуктивностях Ю и 11 принимает полярность, указанную на фиг. 1, и превьииает напряжение на фильтровых конденсаторах 12 и 13, открываются вентили 18 и 19. Индуктивности 10 и 11 будут защунтированы контурами 18, 12 и 13, 19. Это приводит к тому, что ток в контуре: 7-2-6-5-3-8-11-9-10-7 нрекращается и протекает в контурах: 10-18- -12-11-9-10 и 10-13-19-11-9-10. В результате этого перезаряд конденсатора 6 будет остановлен на заданном уровне, а запас электро.магнитной энергии в коммутирующих индуктивностях 10 и 11 будет израсходован в нагрузке 9. Для обеспечения нормальной коммутации вентилей 1-4 при резком возрастании сопротивле;1ия нагрузки 9 применены встречные вентили 20 и 21 и дополнительные фильтровые конденсаторы 14 и 15. Известно, что в последовательных инверторах при возрастании сопротивления нагрузк, растет напряжение на ней. Если напряжен; -, на нагрузке становится выше напряжения на фильтровых конденсаторах 14 и 15, заряженных до половины питающего напряжения, то открываются вентили 20 и 21 и ограничивают дальнейщее нарастание напряжения на ней. При этом ток сброса энергии с нагрузки протекает по контурам: 9-15- - 21-9 и 9-20-14-9. Изменяя моменты включения вентилей 20 и 21, можно регулировать уровень ограничения напряжения на нагрузке, те.м самым обеспечивается возможность оптимальной настройки работы инвертора; Инвертор может работать и в полумостовом исполнении. С целью повыщения предельной частоты работы предлагаемый инвертор может быть выполнен но двухмостовой схеме (фиг. 2). Такой инвертор содержит следующие дополнительные элементы: управляемые вентили 22-25 второго моста, коммутирующие индуктивности 26-32, включенные в анодные цепи тиристоров, коммутирующий конденсатор 34 второго моста. При отпирании в первом такте вентилей 1 и 4 ток течет по контуру: 7-30-1-6-4- -33-15-9-10-7. При этом через нагрузку 9 протекает снизу вверх импульс тока по форме, близкий к синусоидальному. Во второй части полупериода первого такта, когда напряжение на индуктивности 10 принимает полярность, указанную на фиг. 2, и превыщает напряжение на фильтровом конденсаторе 12 и нагрузке 9, открывается диод 18. Индуктивность 10 шунтируется цепью: 9-12-18. При этом ток в контуре : 7-30-1-6-4-33- 15-9- 10-7 быстро прекращается и протекает в контуре: 10-9-12-18-10. В результате этого перезаряд конденсатора 6 будет остановлен на заданном уровне, а запас электромагнитной энергии в коммутирующей индуктивности 10 будет израсходован в нагрузке 9. При отпирании во втором такте вентилей 22 и 25 ток протекает по контуру: 14-26-22- -34-25-29-8-11-9-14. При этом через нагрузку 9 снова протекает импульс тока по форме, близкий к синусоидальному,, в ту же сторону, т.е. снизу вверх. Во второй части полупериода второго такта, когда напряжение на коммутирующей индуктивности 11 принимает знак, указанный на фиг. 2, и превыщает напряжение на фильтровом конденсаторе 13 и нагрузке 9, открывается вентиль 19, и индуктивность 11 щунтируется по контуру: 19- -13-9, что приводит к прекращению тока по контуру: 14-26-22-34-25-29-8- 11 -9- -14 и протеканию тока в контуре: 11 -19- -13-9-П. Это останавливает перезаряд конденсатора 34 на заданном уровне и обеспечивает рассеивание в нагрузке 9 запаса электромагнитной энергии индуктивности 11. В третьем n 4eTB ej3Tojvi тактах работают соответствен-но 2-3 и 23-24 тиристоры. Цепи протекания токов в этом случае аналогичны предыдущим двум тактам.. Таким образом, сброс избыточной реактивной энергии с коммутирующих индуктивностей осуществляется на донолнительные фильтровые емкости, заряженные до половины питающего напряжения, что позволяет существенно снизить предельные напряжения на элементах инвертора. В течедие всего интервала времени, предоставляемого на восстановление управляемости, к прямым вентилям прикладывается обратное напряжение, что позволяет снизить время, необходимое для восстановле)1ия управляемости прямых вентилей, а следовательно, повысить предельную выходную частоту инвертора. Ток сброса с дополнительных

коммутирующих индуктивностей протекает по нагрузке в том же направлении, что и ток прямых вентилей, а это снижает уровень гармонических составляющих в токе нагрузки и повыщает КПД инвертора.

Ограничение напряжения на нагрузке позволяет обеспечить устойчивую работу инвертора в щироком диапазоне изменения эквивалентного сопротивления нагрузки.

Двухтактный вариант схемы инвертора позволяет повысить предельную частоту работы преобразователя.

Формула изобретения

Автономный последовательный инвертор, содержащий подключенные ко входным выводам через фильтровые дроссели вентильные мосты с узлами коммутации, подключенную параллельно мостам последовательную цепь из нагрузки и двух фильтровых конденсаторов,

занных со входными выводами одними обкладками - непосредственно, а другими - через диоды, отличающийся тем, что, с целью ограничения напряжения на элементах инвертора и нагрузке и повыщенйя выходной частоты, фильтровые дроссели выполнены с отводами, соединенными через дополнительные фильтровые конденсаторы с концами соответствующих дополнительных коммутирующих индуктивностей, каждая из которых включена между нагрузкой и фильтровым конденсатором, причем их точки соединения с нагрузкой соединены через дополнительные вентили с одними отводами фильтровых дросселей, к другим отводам которых подключены упомянутые диоды.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

2.Авторское свидетельство СССР № 535695, кл. Н 02 М 7/515, 1973.