Резонансный высоковольтный инвертор Советский патент 1979 года по МПК H02M7/515 

Изобретение огносигся к преобразовЪ- itenbHofl технике и может найти применение в качестве источника питания индукцион- ьСых нагревательных печей и других потребителей тока высокой частоты. Известны резонансные инверторы, со- держащие тиристорные инвертирующие мосты с обратными диодами и коммутирующими г L С-цепочками, подключенные к источнику питания через свои входные дроссели, а также разделительные конденсаторы, подключенные одной обкладкой к анодной вер- щине своего моста, при этом, свободные обкладки разделительных конденсаторов, либо объединяются и совместно с катодными вершинами мостов образуют выход- ные выводы tl, либо подключаются перекрестно к катодным вершинам смежного ,моста и образуют выходные выводы 2. Недостатком известных инверторов является низкое выходное напряжение, составляющее 250-5ОО В при питании от промышленной сети напряжением 380 В через мостовой выпрямитель, в то время как ГОСТ 20962-75 предусматривает выходное напряжение статических источников повышенной частоты до 1600 В. Наиболее близким по технической сущности к предложенному изобретению являет.ся инвертор/со держащий однофазные инверторные ячейки каждая из которых выполнена в виде подключенных через дроссели ко входным выводам инвертора и coe-v диненных йстрвчно-параллельно тиристорного и диодного однофазных мостов с коммутируюишми,1С -цепочками, включенными между выводами переменного тока этих мостов, а также разделительные конденсаторы по числу инверторных ячеек, одной из своих обкладок подключенные к первому из выводов постоянного тока соответствующих тирисгорного и диодного мостов гз. Однако Б этом решении достигается лишь удаоение выходного напряжения по отношению к выходному напряжению каждого из мостов, что приблизительно составляет 500В. Для питания ряда индукцюнных печей требуется напряжение 80О 160О В. Такое же напряжение требуется для питания печей, удаленных от инверто ра на значительное расстояние (40 100 м), так как передача энергии вы сокой частоты на такие расстояния при низ ком напряжении источника питания сопровождается повышенными потерями и сниж нием КГЩ. установки. Цель изобретения - расширение функци опальных возможностей инвертора за счет повышения его выходного напряжения и КП Поставленная цель достигается тем, что в известном инверторе вторые обклад ки разделительных конденсаторов кроме перБО1Х 11юдключены ко вторым выводам постоянного тока мостов предшествующих ячеек, а выходные выводы инвертора образованы второй обкладкой первого конденсатора и вторым выводом постояннбго тока мостов последней ячейки. Сущность изобретения поясняется черт жом, на котором представлена принципиальная схема резонансного высоковольтно го инвертора. Высоковольтный инвертор содержит ин- верторные ячейки 1, 2, 3, собранные на тиристорах 4-15, диодах 16-27 с комму тирующими L С цепочками в диагоналях переменного гока, выполненными на конденсаторах 28-30 и катушках индуктивности 31-33, входные дроесели 34-39, через которые тиристорные и диодщзте моо ты подключены к источнику питания, разделительные конденсаторы 40-42, гфи этом- одна обкладка конденсатора 40 и один вьгвод постоянного тока моста 3 образуют выходные выводы инвертора, к которым подключают нагрузку 43. Разделительные конденсаторы 40-42 нормально заряжены через входные дроссели 34-39 до напря кения источника питания. Импульсы управления поступают на тиристоры всех мостов инвертора синфазно Тогда во время работы тиристоров 4, 7, 8, 11, 12, 1,5 коммутирующие конденсаторы 28-30 колебательно перезаряжаются по цепи 4-28-31-7-41-8-29-32-11wi2-l2-30-33-15-43-40-4, при этом через нагрузку 43 протекает имлульс тока в направхюнии, указанном .на чертеже стрелкой. После прохождения колебагельного тока через нуль, открываются o6pai ные диоды 16, 19, 20, 23, 24, 27 и процесс перезаряда коммутирующих конденсаторов продолжается по цепи 27-33-30-24-42-23-32-29-20-41-19-31-28-16-40-43-27, при этом через нагрузку 43 протекает импульс тока в направлении противоположном, указанному на чертеже стрелкой. Аналогичный процесс перезаряда коммутирующих конденсаторов 28-30 происходит при работе тиристоров 5, 6, 9, 10, 13, 14 и диодов 17, 18, 21, 22, 25, 26. Во время работы инвертора разделительные конденсаторы 4042 непрерывно подзаряжаются от источника питания. Полярность коммутирующих конденсаторов 28-30 к моменту включения тириснторов 4, 7, 8,, 11, 12, 15 показана на чертеже откуда видно, что напряжения г на конденсаторах складываются. Волновое сопротивление конденсатора перезаряда конденсаторов 28-30 также складывается из волновых сопротивлений коммутирую-/ щих цепочек и тиристорных мостов, что позволяет пропорционально увеличивать сопротивление нагрузки и получить на выходе инвертора напряжение, превышающее выходное напряжение каждого ирвертирующего моста в п раз, где п - число, инвергорных ячеек. Описанный высоковольтный инвертор позволяет путем подбора числа ячеек получить на выходе требуемое: высокое нгшряжение, что обеспечивает высокий КПД инвертора, особенно при питании удаленных нагрузок. Следует заметить, что в высоковольтном инверторе, при срыве инвертирования в одном из мостов, исключается возможность непосредственного разряда разделительного конденсатора через тиристоры коротко замкнутого моста, что возмож-i но в известных инверторах. Скорость нарастания тока короткого замыкания через тиристоры моста не превышает в высоковольтном инверторе скорости нарастания импульса рабочего тока. Ситема защиты при этом безаварийно отключает инвертор от ксуочйкка питания. Высокое выходное напряжение и повышенная надежность позволяет использовать высоковольтный инвертор для питания мощных индукционных нагревательных установок. Наиболее целесообразным является применение предлагаемого инвертора для питания удаленных нагрузок. Расчет показывает, что при удалении нагрузки до 100 м ог инвертора КПД последнего с учетом потерь в линии не ниже 0,88 при выходном напряжении 1600 В, в то время как КПД известного инвертора в аналогичных УСЛОВИЯХ составляет 0,82-0,84.

Формула иаобрегения

Резонансный высоковольтный инвертор, содержащий однофазные преобразовательньге ячейки, каждая из которых выполнена в виде подключенных через дроссели ко входным выводам шшертора и соединенных встречно-параллельно тиристорного и диодного однофазных мостов с коммутирующими LC -цепочками, включенными между выводами переменного тока этих мос ю тов, а также резделительные конденсаторы по числу ячеек,- одной из своих обкладок подключенные к первым выводам постоянного тока соответствующих тиристор- ного и диодного мостов, отличаю- 15 щ и и с я тем, что, с целью повышения КПД и расширения функциональных возможносгей вторые обкладки разделительных конденсаторов, кроме пергюго, подключены ко вторым выводам постоянного тока моотов предшествующих ячеек, а выходные выводы инвертора образованы соответственно, второй обкладной первого конденсатора и вторым выводом постоянного тока мостов последней ячейки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертУ зе 1.Труды Уфимского. авиационного института. Уфа. Вып. 48, с. 46. 2.Авторское свидетельство СССР № 486439, кл. Н 02 М 7/537, 1976. З.Васильев А. С. Статистические преобразователи частоты для индукционного нагрева. М., Энергия, 1974, с. 173.