Регулирующий инвертор Советский патент 1980 года по МПК H02M7/537 

(54) РЕГУЛИРУЕМЫЙ ИНВЕРТОР Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в системах вторично электропитания и электропровода для преобразования постоянного напря жения в переменное, регулируемое по величине или форме кривой. Известен многоячеечньай инвертор, в котором отдельные двухтактные ячей ки подключены со стороны входа (источника питания) параллельно, а выхо ные обмотки отдельных преобразовательных ячеек, соединенные последова тельно, подключены к нагрузкам 1. .Однако при множестве нагрузок на вторичной- стороне трансформатор полу чается сложным, так как. в каждой из ячеек трансформатор содержит число вторичных обмоток, равное числу нагрузок инвертора. Известен инвертор, в котором тран форматор выполнен на нескольких маг нитопр.оводах, каждый из которых в отдельности обхвачен обмотками, соединенными с соответствующими преобра зовательными ячейками, а выходные обмотки обхватывают все магнитопрово ды 2. Этот инвертор является наиболее близким по технической сущности к предложенному. Недостатком такого инвертора является ограниченное количество ячеек, которые могут быть объединены в одном устройстве, так как технология изготовления трансформатора существенно усложняется, если вторичные обмотки необходимо наматывать более чем на три-четыре сложенных вместе сердечника, на каждом из которых уже имеются первичные обмотки. Целью изобретения является упрощение инвертора. Это достигается тем, что предложенный регулируемый инвертор, содержащий N преобразовательных ячеек и трансформаторный увелг в котором имеется N первых сердечников, причем первичные обмотки каждой из ячеек намотаны на отдельном сердечнике, принадлежащем этой ячейке, имеет вторые-сердечники, на которых расположены, вторичные обмотки, а все сердечники трансформаторного узла обхвачены короткозамкнутым витком. Инветор может иметь дополнительный сердечник без обмотки с магнитной проницаемостью, существенно меньшей, чем у первых и вторых сердечников .

На чертеже изображен предложенный инвертор, в котором трансформаторный узелсодержит один сердечник с вторичными обмотками и один сердечник без обмоток.

Между входными выводами 1 и 2 включены параллельно первая, N-я преобразовательные ячейки 3 и 4. В первой преобразовательной ячейке первичная обмотка, содержащая секции 5 и 6,. намотана на сердечник 7, а в N-й преобразовательной ячейке 4 первичная обмотка намотана на сердечник 8. Первичная обмотка первой преобразовс1вательной ячейки подключена к выво.дам 1 и 2 через управляемые силовые ключи 9 и 10, шунтированные диодг1ми 11 и 12. В остальных преобразовательных ячейках подключение первичных обмоток производится аналогично. Управляющие электроды силовых ключей отдельных преобразовательных ячеек подключены к устройству 13 управления (коммутации). Трансформаторный узел 14 содержит сердечник 15 без Обмоток и сердечник 16 с вторичными обмотками. Магнитная проницаемость сердечника 15 существенно ниже Mcirнитной проницаемости сердечников 7, 8, 16. Все сердечники трансформаторного узла обхвачены короткозамкнутым витком 17.

Принцип действия инвертора следующий .

При отсутствии сердечника 15 vзeл 14 состоит из двух обычных трансформаторов на сердечниках 7, 8 и на сердечнике 16, а короткозамкнутый виток является вторичной обмоткой первого трансформатора и первичной обмоткой второго. Если в устройство введен сердечник 15, при отпирании силовых ключей одноименных плеч двухтактных преобразовательных ячеек ток в короткозамкнутом витке 17 начинает гшс1вно нарастать в соответствии с изменением магнитного потока в сердечнике 15 Плавное нарастание-тока в витке 17 вызывает также плавное нарастание тока во вторичных обмотках на сердечнике 16. Поскольку магнитная проницаемость сердечника 16 много больше; магнитной прони цаемости сердечника 15, это означает, что МДС в сердечнике 16,существеннб ниже МДС в сердечнике 15. Тогда ток витка 17 передается И -обмотки на сердечнике 16 без потерь, т. е. (,.

С другой стороны, подобное утверждение справедливо и для сердечников, на которых намотаны первичные обмотки и, следовательно, в первичной обмотке каждой из N преобразовательных ячеек протекает один и тот же ток, величина которого определяется соотношением J (J

w7

(

Плавность нарастания магнитного потока в сердечнике 15 связана со следующим.

При отпирании одноименных силовых ключей различных двухтактных преобразовательных ячеек одноименные секции первичной обмотки сердечников 7,..., 8 оказываются подключенными к источнику питания. Поэтому изменение магнитного потока во времени в этих серQ дечниках происходит с постоянной

скоростью, т. е. ( ... - {)ff. const.

Закон изменения магнитного потока в сердечнике 16 определяется напряжением на обмотках, находящихся на этом сердечнике. Например, если нагрузки на вторичной стороне шунтированы конденсаторами и подключены к вторичным обмоткам через выпрямители, ,то напряжение на обмотках неизменно, пока по этим обмоткам протекают токи. Тогда неизменнатакже и величина (/dt),,

В силу того, что сердечники 7, 8, 15 и 16 обхвачены короткозамкнутым витком 17, падение напряжения на котором равно нулю, справедливо равенство

/с1Ф) /йФио

dt /7 Idt /8 Vdt As ldt/(6

0 и. следовательно, при

при неизменности ф,, величина (), также не изга г, 111

меняется.

Таким образом, при линейности магнитной характеристики сердечника 15 токи в обмотках всех сердечников нарастают плавно по линейному закону. Изменяя время замкнутого состояния одноименных силовых ключей разных преобразовательных ячеек инвертора, можно регулировать амплитуду тока, отбираемого ячейками от источника питания, и тем самым регулировать мощность, передаваемую в нагрузки.

После запирания силовых ключей данного плеча двухтактных преобразовательных ячеек МДС в сердечнике 15 не может исчезнуть мгновенно, и поэтому ток в витке 17 плавно (линейно) уменьшается. При этом уменьшается ток во вторичных обмотках на сердечнике 16, а в преобразовательных ячейках токи замыкаются через диоды, шунтирующие силовые ключи противоположных ранее работавшим плечей двухтактных схем. В это время энергия частично возвращается в источник питания.

Если в момент спала до нуля тока в витке 17 силовые ключи плеч двухтактных преобразовательных ячеек, противопложных плечам работавшим перед этим, будут переведены в замкнутое состояние, без паузы начнется нарастание тока в витке 17 в другом направлении и соответственно изменится направление тока во вторичных 5 обмотках. Обмотки наматываются каждая на один сердечник, а короткозамкнутый виток, обхватывающий множество сердечников, конструктивно выполнить значительно проще, чем в прототипе, где имеется множество вторичных обмоток, обхватывающих несколько сердечников, на каждый из которых уже намотана первичная обмотка. В предложенном инверторе общим трансформа торным узлом объединено существенно большее количество преобразовательных йчеек, в результате получают существенно большую выходную мощность, по сравнению с прототипом. Для уменьшения потерь рациональ.но вторичные обмотки размещать не на одном сердечнике, как показано на чертеже, а на нескольких, причем на каждом из сердечников необходимо иметь хотя бы по одной обмотке с рав ным количеством витков, подключая их непосредственно или через выпрямители к общей нагрузке. Параллельное со единение двух обмоток с равным коли чеством витков, находящихся на разных сердечниках, позволяет уравнять в этих сердечниках магнитные потоки, независимо от разброса магнитных характеристик сердечников. Возможно последовательное соедине ние обмоток, находящихся на разных сердечниках. Например для получения высокого выходного напряжения с мень шей опасностью пробоя в отдельной об мотке. Это связано с тем, что ЭДС на каждой обмотке, находящейся на отдельном серде 1нике, будет меньше сум :::1марного напряжения, а сердечники вместе с их обмотками конструктивно могут быть разнесены один относительно другого (например разделены изолирующими прокладками). Формула изобретения 1. Регулируемый инвертор, содержащий N преобразовательных ячеек и общий выходной трансформаторный узел, имеющий N первых сердечников, на каждом из которых расположена первичная обмотка, соединенная с выходом соответствующей преобразовательной ячейки, отличающий ся тем, что, с целью упрощения, в указанный трансформаторный узел введены вторые сердечники, на которых расположены вторичные обмотки, а все сердечники обхвачены короткоэамкнутым витком. 2. Инвертор по п. 1;- о т л и ч аю щ и и с я тем, что в трансформаторный узел введен дополнительный сердечник, магнитная цроницаемость которого существенно меньше, чем у первых и .вторых сердечников. 3. Инвертор по п. 1, о т л и .ч аю щ и и с я тем, что вторичные обмотки, расположенные на отдельных одинаковых вторых сердечниках, имеют рав- . ное число витков и подсоединены к общим выходным выводам инвертора. Источники информации, принятые во -внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 505104, кл. Н 02 М 7/48, 1971, 2.Авторское свидетельство СССР № 154594, кл. Н 02 М 7/4.8, 1963. О--

rf

/7