Последовательный инвертор Советский патент 1979 года по МПК H02M7/515 

Изобретение относится к преобразовательной технике, предназначено для получения токов высокой частоты, и может быть использовано для питания ультразвуковых электротехнологических установок. у1звестны схемы последовательных инверторов, содержащих инвертирующие ячейки, каждая из которых содержит два тиристора, последовательно соединенных через первичные обмотки двух коммутирующих дросселей, коммутирующие конденсаторы, одни из обкладок которых под ключены к общим точкам последователь- ного соединения указанных первичных об- моток, а другие обкладки подключены к одному из выводов нагрузки (в частности к первичной обмотке выходного трансформатора), причем каждый из коммутирующих дросселей содержит вторичную обмотку, один вывод которой подключен к одному иа выводов для источника пигания . Недостатком известных схем явля- ется существенное снижение КПД при увеличении частоты инвертирования. Цель изобретения - повышение КПД:, инвертора. Это достигается тем, что в известной схеме инвертора другойвывоЬ. кая«дой из вторичных обмоток через диод подключен к общей точке соединения коммутирующих конденсаторов с первичной обмоткой выходного трансформатора. Кроме того, указанные вторичные обмотки через диоды подключены к выводу дополнительной секции выходного трансформатора. Это позволяет расщирить диапазон нагрузок. На фиг. 1 показана схема предлагаемого инвертора; на фиг. 2-3 - варианты ее исполнения; на.фиг. 4 - кривые напряжений и токов на элементах инвертора. Сущность изобретения рассмотрим на римере трехячейкового инвертора (см иг. 3). Инвертор состоит из преобразовательных ячеек 1, работающих поочередно на общую нагрузку Z ( и питающихся от общего источника с напряжением J. Ячейки содержат тиристоры 2-7, дроссели 8-13 насыщения и коммутирующие конденсаторы 14-16. Между общими точками фильтровых ковдеисаторов 17, 18 и коммутирующих конденсаторов 14-16 включена первичная обмотка 19 траснформатора 20, Вторичная обмотка 21 этого трансформатора подсоединена к нагрузке 2ц. Каждьй дроссель насьпцеяия имеет две обмотки. Первичная обмотка 22 вклю чена последовательно с тиристором. Вторичная обмотка 23 вместе с диодом 24 образуют непочку, одним концом подключенную к точке соединения коммутирующих конденсаторов с обмоткой выходного трансформатора, а другим конпом - к крайнему выводу фильтрового конденсато- ра. Полярность включения диода в каждо цепочке выбирается так, чтобы при спаде тока через тиристор ЭДС наводимая во вторичной обмотке дросселя, создавала ток, подзаряжающий фильтровые конденсаторы 17, 18. Дроссели насыщения создают задержку нарастания тока через тиристоры после включения, что облегчает работу тири сторов на высоких частотах. Индуктивность дросселей в насыщенном состоянии вместе с величиной емкости коммутирующих конденсаторов определяет частоту co ственных колебаний схемы инвертора; г 2-тг-/и;т о При работе инвертора тиристоры вклю чаются в последовательности 2-вб-6-34-7. После включения тиристора через нагрузку протекает полуволна тока. В мо мент перехода тока через нуль к тиристо ру прикладывается отрицательное аапряжение и включается очередной тиристор, формирующий полуволну тока в нагрузке противоположной полярности. За счет поочереднойработы тиристоров увеличивается время, предоставляемое приборам н восстановление управляемости, что позволяет повысить частоту инвертированного тока. Диоиы 24-29 в цепях вторичных обмоток дросселей 8-13 обеспечивают ограничение возрастания напряжений на коммутирующих ёмкостях и тиристорах при уменьщении сопротивления нагрузки, сокрашают длительность проводящего сос тояния тиристоров и снижают величину выбросов напряжения на тиристорах в моменты обрыва тока. Работу диодов поясняют кривые на фиг. 4, построенные для чисто активной нагрузки. Предположим, что в момент t включился тиристор 2, При этом замыкается контур: 1-22-14-19-17. Пока дроссель 8 Не насыщен, ток через нагрузку мал. При насыщении дросселя индуктивность коммутирующего контура резко уменьщается и формируется рабочая полуволна тока. После достижения током нагрузки максимума напряжения (i,2 и Un на первичной и вторичной обмотках дросселя 8 изменяют полярность. В момент fc . когда напряжение на вторичной обмотке (J23 превысит по абсолютной величине сумму напряжений U на нагрузке и на фильтровом конденсаторе 18 (рав- ного О, , диод 24 включается и начинается процесс размагничивания дрос- селя, напоминающий процесс размагничивания на противо-ЭДС. В момент 12 ток. через тиристор обрывается. Вследствие магнитного рассеяния на первичной обмотке дросселя 8 возникает выброс напряжения, который прикладывается к тиристору 2. Величина этого выброса значительно меньще, чем при работе тех же дросселей без диодов. После обрыва тока через тиристор продолжается размагничивание дросселя и до момента включения очередного вентиля к выключивщемуся тиристору приложено обратное напряжение величиной (без уче- та падения напряжения на нагрузке, создаваемого током paзмaгн fчивaния) U,-0,.,-0,5 и (1+- yu, где X/22, 24 витков первичной и вторичной обмоток дросселя; (j - напряжение на коммутирующей емкости в момент обрыва тока тиристоров. В момент -fc включается очередной тиристор 4, формирующий полуволну тока обратной полярности. Напряжение на первичной обмотке выходного трансформатора 20, создаваемое током тиристора 4, стремится повысить потенциал анода выключившегося тиристора 2. Если процесс размагничивания дросселя 8 еще не закончился, то напряжение на первичной обмотке выходного трансформатора передается на первичную обмотку дросселя причем плюс этого напряжения прикладывается к катоду тиристора 2. Таким образрм, в данном-слу. к тиристору 2 приложено следующее напряжение: U 0,.U,,-U,- - /-ml-c- l где Оц - напряжение на нагруаке, приведенное к первичной обмотке выходного трансформатора. Расчеты и экспериментальные исследования показывают, что в предлагаемой схеме в процессе размагничивания дросселя напряжение на выключившемся тиристоре остается отрицательным. В част ности, при равенстве числа витков обмоток дросселя () обратное напряжение на тиристоре не зависит от ве личины Напряжения на нагрузке: ,4. Величина напряжения U практически всегда больше U за счет магнитного рассеяния и наличия в цепи размагничивания нагрузки. Если к моменту включения очередног тиристора работавший дроссель успевает размагнититься, отрицательное напряжение на тиристоре также сохраняется, если выполняется неравенство, необходимое для работы многоячейковой схемы: jLax V°5V Принцип ограничения с помощью диодов величины напряжений в инверторе при уменьшении сопротивления нагрузки легко пояснить, рассмотрев случай корот кого замыкания нагрузки при коэффициенте магнитной связи между обмотками дросселя, равном единице. В этом случае после отпирания диода к вторичной обмотке дросселя прикладываете япостоянное напряжение величиной 0,5 Jj (на пряжение на одном фильтровом конденсаторе), а напряжение на емкости не может поевысить величину: . .с-°..(-)При наличии магнитного рассеяния между обмотками дросселя максимальное напряжение на емкости несколько превысит указанное значение, но будет значительно меньше, чем при отЬутствии диодов. Характерной особенностью предлагаемой схемы является уменьшение времени проводящего состояния вентилей и одновременное уменьшение отрицательного вы оса напряжения на тиристорах в момент брыва тока. На фиг. 2 приведена схема последоваельного инвертора с включением обмоток выходного трансформатора между фильтровыми конденсаторами, в которой достигается удвоение выходной частоты. В соответствии с изобретением в этой схеме также включены цепочки из дополнительных обмоток дросселей и диодов, создающие описанный выше эсЙект. По предлагаемому способу могут выполняться инверторы с ячейками, включенными последовательно по питанию. Инвертор на фиг. 3 отличается т«м, что диоды 24-29 подключены общими точками своего попарно-последовательного соединения к дополнительной секции 30 трансформатора 20, которая шунтирована конденсатором 31. Это позволяет обеспечить независимость обратного напряжения на выключившемся тиристоре от величины напряжения на нагрузке, что позволяет обеспечить большой диапазон изменения сопротивления нагрузки.. Формула изобретения 1.Последовательный инвертор, содержащий два последовательно соединенных конденсатора фильтра, подключенных к выходам для источника питания, преобразовательные .ячейки, содержащие, каждая два тиристора последовательно соединен-;ных через первичные обмотки двух коммутирующих насыщающихся дросселей, коммутирующие конденсаторы, одни из обкладок которых подключены к общим точкам последовательного соединения указанных первичных обмотск, а другие обкладки подключены к одному из выводов первичной обмотки выходного трансформатора, другой вывод которой подсое- динеи к общей точке соединения конденсаторов фильтра, причем каждый из коммутирующих дросселей содержит вторичную обмотку, подключенную одним выводом к одному из выводов для источника питания, отличающийс я тем, что, с целью повышения КГЩ инвертора,, другой вывод каждой из вторичных обмоток через диод подключен к общей точке соединения коммутирующих конденсаторов с первичной обмоткой выходного трансформатора. 2.Инвертор, по п. 1, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью расши-

рения диапазона нагрузок, указанные вто ричные вбмоткн черев диоды подключены к выводу дополнительной секции выходного трансформатора.

Источники информации, принятые Во внимание при экспертизе + 0 L ф/7 4fj)|G/ гб ЬК , J с1 ; с

4- 0

8

1,Авторское свидетельство СССР

№ 258393, кл. Н О2 М 7/515. 26.02. 68, (прототип)

2,Авторское свидетельство СССР № 426655, кл. Н 02 М 7/515,

1О.02.66. Фиг,.1

фиг. 2 kiJ 2д 5 С V