Мостовой резонансный инвертор Советский патент 1980 года по МПК H02M7/515 

(54) МОСТОВОЙ РЕЗОНАНСНЫЙ ИНВЕРТОР

Изобретение относится к преобразовательной технике, а именно к области статических преобразователей повышенной частоты для электротехнических установок.

Известны различные варианты исполнения силовых схем резонанснык инверторов, работающихна повышенной частоте при изменении параметров нагрузки. В одних схемах ограничение напряжения на коммутирующих, элементах при работе на переменную нагрузку осуществляется путем встречно-параллельного включения управляемых и неуправляемых дополнительных вентилей i i за счет разделения цепей заряда и разряда коммутирующих емкостей Гз

Известны также схемы, где ограничение напряжения осуществляется с по- мощью диодов обратного тока, через ; которые происходит сброс излишней реактивной энергии коммутирующих индуктвв- ностей источнику 4

Каждый из этих вариантов схем имеет свои определенные недостатки, ограничи- вающие область их применения. В частности для схем с диодами обратного тока этим недостатком является неустойчивость инвертирования на повышенной частоте при увеличении тока нагрузки наличия существенных коммутационных перенапряжений, которые имеют место в этих схемах при обрыве обратных то10ков тиристоров и диодов в момент их выключения. Существуют различные меры по ограничению этих коммутационных перенапряжений, однако использование этих мер может привести к ухудшению

15 технико-экономических показателей преобразователя.

Наиболее близким к изобретению является мостовой резонансный инвертор, каждый ключ которого выполнен в виде

20 мостовой тиристорной ячейки с кок-гмути- рующим. конденсатором и последовательно включенной с этой ячейкой ограничительной индуктивностью, содержащий коммутирующие индуктивности, диоды обратного тока, соответствующий силовой электрод которых соединен с соогветствухощим ключом и через упомянутую индуктивность связан с выходным выводом инвертора SJ, Ограничение коммутаци онных перенапряжений в этом инверторе осуществляется за счет вынесения части коммутирующей индуктивности из контура сброса излишней реактивной энергии и включение ее в виде ограничительной индуктивности непосредственно последовательно с мостовой тиристорной кой. Недостатком этого инвертора является высокий уровень- ограничения напряжения на коммутирующих конденсаторах при изменении параметров нагрузки, так как ограничительная .индуктивность не входит в контур сброса излишней энергии, а процесс коммутации рабочих.тиристоров на соответствующие диоды обратного тока затягивается. С увеличением рабочей чистоты и выходной мощности инвертора резко возрастают коммутационные перенапряжения, которые зависят от скорости спада и амплитуды обратных токов в&лючения тиристоров и диодов, что приводит к инвертирования. Ограничё- ние амплитуды обратных токов включения полупроводншсовых вентилей осуществляется путем вютючения последовательно с ними дросселей насыщения. Эффективность ограничения коммутационных перенапряжений увеличится, если в известном устройстве В1шючить непосредственно последовательно диодам обратного тока дополнительные дросселя насыщения, а ограничительные индуктивности также выполнить в виде дросселей насыщения. Кроме того недостатком также является относительно высокий уровень ограничения напряжения на коммутирующих конденсаторах, включе ние диодов обратного тока происходит с задержкой,. равной времени перемагничи- вания дросселей насыщения, включенных последовательно этим диодам. Время Рэ перемагничивания обратно пропорционально приложенному к обмотке дросселя нап- ряженшо, которое b момент включения ди одов мало и равно разности напряжений на конденсаторе фильтра и коммутирующем конденсаторе, т. е. процесс коммута ции тока рабочих тиристоров на отсехсаювдие ДИОДЫ затянется. Это является при- чийой увеличения напряжения на рующих конденсаторах, .что в значительно степени сниншет технико-экономические показатели резонансного инвертора. Цель изобретения - улучшение технико-экономических показателей за счет уменьшения напряжения на коммутирую- щих конденсаторах. Указанная цель достигается тем, что. дополнительные дроссели насыщения включены в каждое плечо моста инвертора последовательно с коммутирующими индук тивностями между ключом и выходным выводом инвертора. На фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема .предлагаемого мостового резонансного инвертора; на фиг. 2 - временные диаграммы, пояс няющие процессы в инверторе. Устройство содержит ключи 1-4, каждый из которых выполнен в виде мостовой тиристориой ячейки с управляющими вентилями и коммутирующим конденсатором 9, последовательно соединенной с дросселем 10 насыщения, ком- мзтир тощие индуктивности 11-14, до- полнит.ельные дросселя насыщения 15-18, диоды обратного тока 19-22, конденсатор 23 фильтра и выходные выводы 24 и 25. Формирование одной полуволны выходного тока нагрузки осуществляется одновременным включением противофазных тиристоров нечетных ключей мостового резонансного инвертора, формирование другой полуволны - одновременным включением противо4)азных тиристоров четных . ключей. Диоды обратного тока 19 и 21 (20 и 22) совместно с дополнительными дросселями насыщения 16 и 18 (15 и 17) и конденсатором 23 фильтра образуют контур сбросов излшлней реактивной энергии коммутирующих индуктив- ностай 12 и 14 (11 и 13) источнику 23-21-12-16-25-24-18-14-19-23 (23-22-11 15.24-25-17-13-20-23). Включение диодов обратного тока 20 и 22, (19 и 21) происходит в тот момен когда напряжение на зажимах цепи 11- 15 24 25-17 13 (14-18-24-25-1612) станет равно или больше напряжения на конденсаторе фильтра 23. К моменту включения диодов обратного тока 22 и 22 (19 н 21) дросселя насыщения (14 и 16) находятся уже в насыщенном состоянии и поэтому задержки на включение не, происходит. В результате осуществляется более жесткое огра- ннчекие напряжения на коммутирующих конденсаторах.

Таким образом, включение дополни- te«bHbix дросселей насьпцения последовао тельно коммутирующим индуктивностям между ключом и выходным выводом мостового резонансного инвертора дает воз- можиость улучшить технико-экономичес кие показатели за счет уменьшения иаП ряжения на коммутирующих конденсаторах и одновременно.обеспечить устойчивую работу инвертора при изменении парамет- ров нагрузк) от номинальных до коротко-го замыкания.

На фиг. 2 представлена диаграмма тока 26 через тиристоры инвертора и нап«ряжения 27 на коммутирующем кокденса- торе, иллюстрирующие эффект ограничения на коммутирующем конденсаторе в режиме 28, когда отсутствует ограничение, в режиме 29; когда используются ограничительные индуктивности, в режи- ме 30, когда используются дросселя насыщения, включенные по схеме известного устройства, в режиме 31, огда дросселя насыщения включены по схеме предлагаемого изобретения. Напряжение на коммутирующем конденсаторе показано на диаграмме в относительных единицах. Где базовой величиной является напряжение источника йитания мостового резонансного инвертора.

Испытания статического преобразователя 1ОО кВт частоты 1ОООО Гц, собранного по предлагаемой схеме мостового резонансного инвертора подтверждают надежность его работы в качестве источника питания закалочной установки. Напряжения на коммутирующих конденсаторах инвертора не превышает 120% напряжения источника питания при измене-

нш параметров нагрузки в процессе на« гроан детали.

Формула изобретения

Мостовой резонансный инвертор, каж дый ключ которого выполнен в виде мостовой тиристорной ячейки с коммутирующим конденсатором и последовательно включенным с этой ячейкой дросселем насыщения, содержащий коммутирующие индуктивности, диоды обратного тока, соответствующий сидовой электрод которых соединен с соответствующим ключоми через упомянутую комк«утирую1цую индуктивность связан с выходным выводом инвертора, а также дополнительные дроссели насыщения по числу диодов обратного тока, отличающийся тем, что, с целью улучшения техкико-©кон А ических показателей за счет уменьшения напряжения на коммутирующих ковденса- торах, упомянутые дополнительные дросселя насьпцения вкгаочены в каждое плечо моста инвертора последоват ельно с коммутирующими индуктивностями между ключом и выходным выводбм инвертора.

Источники информации, финятые во внимание при экспертизе : 1. Патент США Ms 321-43, 1 3406327, 1968.

№ 525213, кл. Н 02 М 7/515, 1976.

Гг

- eS

5 О в

w I

„Л- -I

L

tf

25

Ci

Г

2

L.

Г

го

Й

.

/2

/6

25 0W

1

Г

я

J

5

Фае.1