Автономный последовательный инвертор Советский патент 1980 года по МПК H02M7/515 

Изобретение относится к преобразовательной техю1ке и предназначено для индукционного нагрева металлов. Известен ряд схем последовательных инверторов, в которых сброс избыточной реактивной энергии, запасенной в коммутирующем контуре, осуществляется непосредственно с коммутирующих дросселей в нагрузку и источник 1Итания 1 В известной схеме сброс избыточной реак тивной энергии осуществляется на нагруз ку и дополнительные конденсаторы, заряж ные до половины питающего напряжения, что вызывает затягивание тока сброса и снижение предельно1 1 допустимой рабочей частоты, поскольлсу во время горения встречных диодов к прямым вентилям прикладывается малое обратное напряжение, я как следствие возрастает интервал времени, необходимый для восстановления управляемости прямых вентилей. Кроме того, при работе на нагрузку, при которой в широких пределах измеьшется не только величина нагрузочного сопротивления, но И соотношение между активной и реактивной составляющими (а это может иметь место, например, при работе на магнитострикционный или пьезоэлектрический преобразователь, подключенный непосредг ственно или через разделительный трансформатор) за счет возрастания в вьосодноь напряжении высшее гармоник, появления высокочастотных пиков время, предоставляемое для восстановления управляемости, снижается ещё более. Всё это снижает частотный диапазон указанной схемы. Наиболее близкой является схема последовательного инвертора, в которой имеется два тиристорных моста, раздепевных фильтровыми дросселями, две группы попарно последовательно соединённых фильтровых конденсаторов, между конденсаторами одной из которых включены коммутирующие дроссели, общий вывод которых и общий вывод фильтровых конденсаropoB другой Группы служат для подключения нагрузки, а; отпайки коммути75рующих дросселей подключены через встречный диод к другим обкладкам фильт ровых конденсаторов, первые обкладки которых соединены с этими же дросселями 2 . Сброс избыточной реактивной энергии с коммутирующих дросселей осуществляется посредством встречных вентилей на противофазные фигьтровые конденсаторы, заряженные до половины питающеяо напряжения. В этой схеме за счет симметричной подпитки улучшается гармонический состав выходного напряжется при работе на резко переменную нагрузку, уменьшаются пики высокочастотного напряжения на нагрузке, пго благоприятно сказывается на величине времени, предоставляемого для восстановления управляемости прямых вентилей. Однако в связи с тем,что сброс напряжения с коммутирующих дросселей осуществляется на конденсаторы, заряженные до половины питающего напряжения, затягива1ше тока сброса с коммутирующих дросселей по-прежнему остаётся, а следовательно, остается и ухудшение услови восстановления управляемости прямых вентилей и снижение частотного диапозона Цель изобретения- повышение надежности и расширения частотного диапазона устройства. Для этого в автономном последователь-ном инверторе, содержащем два тиристорных моста с коммутирующими конденсаторами в диагоналях переменного тока и включенными последовательно с каждым из тиристоров коммутирующими дросселями, причем выводы постояШ1ого тока мостов связаны со входными выводами через фильтровые дроссели с отпайками, две последовательные вспомогательные цепоч- 40 ки, включенные, первая, между первым выходным выводом и анодной гругатой первого моста, а вторая между первым выходным выводом и катодной группой второго моста и состоящие, каждая, из вспомогательного коммутирующего с отпайкой дросселя и вспомогательного фильтрового конденсатора, к точкам соединения которых подключены одни электроды вспомогательных вентилей, причем отпайка вспомогательного коммутирующего дросселя первой цепочки подключена через один встречный вентил к анодной группе первого моста, а отпай вспомогательного коммутирующего др0сселя второй цепочки через другой встреч ный вентиль - к катодной группе второг моста, два фильтровых конденсатора. 54 включённые между вторым выходным выводом и, соответственно, анодной группой второго и катодной группой первого мостов, причем указанные группы связаны с первым выходным выводом через цепочки, состоящие, каждая,из вентиля и дросселя сброса, введены ограничительные дроссели, подключенные ко входным выводам, дополнительный конденсатор, соеяиняющий отпайки фильтровых дросселей, и два дополнительных, вентиля, включённые, каждый, между вторым выходным выводом и отпайкой соответствующего фильтрового дросселя, к которой подключён другой электрод соответствующего вспомогатель- ного вентиля. Схема инвертора представлена на чертеже. Инвертор содержит два вентильных моста, образованных тиристорами 1 , 8, последовательно с которыми включены коммутирующие дроссели, (насыщающиеся реак-торы) 9-16, вдиагонали которых включе-:: ны коммутирующие конденсаторы 17 и 18, фильтровые дроссели 19 и 20j ограничи-i ваюшяе дроссели 21 и 22, фильтровые конденсаторы 23 и 26, коммутирующие дроссели 7 и28, дросселисброса29иЗО, вентили 31 и 32, вспомогательные вентили 33 и 34; дополнительные вентили 35 и 36; встречные вентили 37 и 38; нагрузку 39, дополнительный конденсатор 40. Схема работает в установившемся ре- жиме следующим образом. В первом такте открываются тиристоры 1 и 2 и ток под действием напряжения на коммутирующем конденсаторе 17 протекает вначале по контуру 17-2-1226 - 39 - 27 - 37 - 9 - 1 - 17, а затем, когда выключается вентиль 37, по контуру 23-9-1-17-2-12-26 - 39 - 27 - 23. Во второй половине полупериода тока, когда напряжение на коммутирующем дросселе 27 принимает полярность, указанную на чертеже, и превышает напряжение питания, до которого заряжен дополнительный конденсатор 40, открываются вентили 33 и 36. С этого момента прекращается ток в контуре 23 -9-1-17-2-12-26 - 39 - 27 - 23, прекращается перезаряд кок мутируюшего конденсатора на заданом уровне и протекает ток сброса по контуру 27 - 33 - 40 - 36 - 39 - 27. При этом ток сброса по нагрузке протекает в ту же сторону , что к ток моста. Во втором такте открываются вентили 5 и 6 .1тротиво4азиого вентильного моста, и ток протекает вначале по KOFJтуру 18 - 6 - 16-38-28-39-2 -13-5- 18, а затем , когда выключается вентиль 38, по контуру 24 - 13-5 - 18 - 6 - 16 - 25 - 28 - 39 -24. Во второй половине полупериода т . ка, когда напряженке на коммутирующем дросселе 28 принимает полярность, указанную на чертеже, и превосходит напряжение шгтания, открываются вентили 34 и 35. С этого момента прекращается тсвс по контуру 24- 13-5- 18- 6-.16 - 25 - 28 - 39 - 24, прекращае-г ся перезаряд коммут грующего конденсато ра 18 на заданом уровне и протекает то сброса по контуру 28 - 39 - 35 - 40 -34 - 28. При этом ток сброса по нагрузке протекает в ту же сторону, чт и ток моста инвертора. В последующие такты открываются вентрщи 3.. 4 и 7,,, 8, при этом коммутационные процессы повторяются. При возрастании эквивалентного сопротивления нагрузочного контура растёт уровень выходного напряжения, при этом начиная с некоторого критического урооня, резко снижается времЯ; предоставляемое на восстановление управляемости прямых вентилей г. Для ограничения тако го роста выходного на пряжения включены вентили 32 и 3.1, -которые открываются с момента равенства напряжения на нагрузке 39 и напряжения на фильтровых конденсаторах 24 и 26, заряженных до половины питающего напряже1шя и протекает ток сброса избыточной энергии запасенной в нагрузке по контурам 39 -29 - 31 - 24 - 39 и 39 - 26 - 30 -32 - 39. Изменением дроссе лей 29 и 30 достигается изменение уровня ограничения напряжешгя на нагрузке от половины питающего и выше. Таким образом, схема позволяет: .снизить длительность затягивашш тока сброса, тюскольку сброс избыточной реактивной энергии осуществляется на дополш-гтельный конденсатор, заряженный до полного напряжения питания, при этом расход избыточной энергии происходит быстрее в два раза, во - вторых, инвертор способен работать на любую нагрузку эквивалентное сопротивление которой может по величине изменяться от О do о, а по характеру может иметь любое соотношение активной и реактивной составляющих, так, как схема позволяет в зависимос-ш от характера нагрузки и частоты выбирать оптимальное соотношение между наггряжением на нагруз1се н на коммутирующем конденсаторе, чтобы обеспечить оптимальные условия для восстановления управляемости прямых вентгатей; &-трётьих, симметричная подпитка нагрузочногоконтура током мостов и протекантге тока сброса согласно с током моста позволяет снизить уровень гармонических составл51ющих в выходном в - четвертых, изменет ие отпайки KOV;мутирующих дросселей, к которым подключены встречные дноцы, позволяет дополнительно снизить уровень раскачки напряжеш1я на ко ;мутирующем коиденсат1 ре, уБега1чиваюи;ийся из-за парезитных индуктивностей, включенных в контур основного сброса, н сшшить длительность протекания тока сброса во второй половине полупериодов вькодного тока, В целом схема позволяет повысить выходную частоту инвертора в 1,5 раза и надёкр.ость его реботь;. изобретения Автономный последовательный инвертор, соцер са1анй два тнркст-орных моста с KCMNy74ipy ouiK fii кондексатореми в штагоналя.х пере.vieuHoroтока и включеш№1- i мй последовательно с каждым нз тиристоров коммутирующие дросселями, причём выводы постоянного тока NIостов связанг- со входными выводами через фильтровые дроссели с отпайками, две послецовательные вспомогательные пепочки, ЕЛлюченные, первая, первым выходным выводом и анодной группой первого моста, а вторая - между первым выходным выводом и катодной группой второго N-focTa и состоящие, каждая, из вспомогательного коммутирующего с отпайкой дросселя и вспомогательного фильтрового конденсатора, к точкам соединения которых подключены одни электроды вспомогательных вентилей, причем отпайка вспомогательного коммутирующего дросселя первой цепочки подключена через один встречный вентиль к анодной группе первого моста, отпайка вспомогательного коммутируюего дросселя второй цепочки через друой встречный вентиль - к катодной руппе второго моста, два фильтровых онденсатора, включенные между вторым ьгходкым выводом и, соответственно, нодной гругшой второго и катодной группой первого мостов, причём указанные, Группы Связаны с первым выходным вывоцом через цепочки, состоящие, каждая, из вентиля и дросселя об роса, о т л и ч а юшийся тем, что,с целью повышения надежности и расширения частотного диапазона, он снабжён ограничительными дросселями, подключенными ко входным выводам, дополнительным конденсатором, соединяющим отпайки фильтровых дросселей и двумя дополнительными вентилями, включенными)/ каждый, между вторым выходным выводом и отпайкой соответствующего фильтрового дросселя, к которой подклю- . чан другой электрод соответствующего вспомогательного вентиля,

Источники информапии, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР №610266, кл. Н 02 М 7/515, 1976.

2.Авторское свидетельство СССР

по заявке N 23О8068,кл. Н 02 М 7/515, 1976.