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

1

Изобретение относится к преобразовательной технике, а именно к автономным последовательным инверторам, и может быть использовано, например, в установках для индукционного нагрева металлов.

Известны автономные последовательные инверторы.

В одном из известных автономных последовательных инверторов ограничение напряжения на элементах при изменении нагрузки достигается за счет дополнительных вентилей и конденсаторов 1.

В другом известном инверторе для дальнейшего улучшения технико-экономических показателей применены вспомогательные и обратные вентили, с помошью которых осушествляется ограничение напряжения на нагрузке и отвод избыточной энергии от коммутируюш,их и фильтровых дросселей

2.

Наиболее близким по технической сушности к данному изобретению является автономный последовательный инвертор, содержаш;ий вспомогательные и обратные вентили, с помопхью которых осуществляется отвод избыточной энергии от коммутируюш,их дросселей и нагрузки 3. Однако в таком инверторе напряжение на тиристорах велико, а время, предоставляемое им для восстановления запирающих свойств, зависит от величины нагрузки.

Целью настоящего изобретения является сиижение напряжения па тиристорах и по5 вышенне надежности.

Поставленная цель достигается тем, что автономный последовательный инвертор, содержащий мост силовых тиристоров с коммутирующим конденсатором в диагонали

10 постоянного тока, причем последовательно с каждым из тиристоров включеп насыщающийся дроссель п соответствующая полуобмотка анодного пли катодного фильтрового дросселя, средние точки обмоток которых связаны через ограничивающие дроссели с соответствующими входными выводами, а крайние выводы - через фильтровые конденсаторы и коммутирующие дроссели с выходиыми выводами, и содержащий

20 вспомогательные и обратные вентили, снабжен включенным между средними точками обмоток фильтровых дросселей дополнительным конденсатором, выводы которого через вспомогательные вентили связаны

25 с соответствующими точками соединения фильтровых конденсаторов и коммутируюи;их дросселей.

Принципиальная электрическая схема инвертора приведена на чертеже. На схеме

обозначены; 1-4 -силовые тиристоры, 5- коммутирующий конденсатор, 6, 7 - фильтровые дроссели, 8, 9 - коммутирующие дроссели, 10-13 - вспомогательные вентили, 14-17 - дополнительные вентили, 18- 21 - обратные вентили, 22--дополнительный конденсатор, 23 - нагрузка, фильтровые конденсаторы, 28-31 - насыщающиеся дроссели, 32, 33 - ограничивающие дроссели.

Инвертор в установившемся режиме работает следующим образом. В первом такте работы отпираются вентили 1, 2 н импульс тока за счет энергии, запасенной в коммутирующем конденсаторе, протекает вначале по контуру: 5-2-31-17-8- 23-8-14- 28-1-5, а затем, когда запираются вентили 14 и 17, - по контуру: 24- 28-1-5-2-31-27-8-23-8-24. Во второй половине полупериода тока, когда напряжение на коммутирующем дросселе 8 принимает полярпость, указанную на чертеже, п превышает напряжение источника питапия, отпираются вептили 10, 13. С этого момента прекраш,ается ток в контуре: 24- 28-1-5-2-31-27-8-23-8-24, и протекает ток сброса пзбыточной реактивной энергии с коммутирующего дросселя 8 по контуру: 8-10-22-13-8-23-8. При этом ток сброса протекает по нагрузке в ту же сторону, что и ток моста инвертора. Во втором такте отпираются вентили 3, 4 и импульс тока протекает вначале по контуру: 5-4-30-16-9-23-9-15-29-3-5, а затем, когда запираются вентили 15, 16, по контуру: 25-29-3-5-4-30-26-9- 23-9-25. Во второй половине полупериода тока, когда нанряжение на коммутирующем дросселе 9 принимает полярность, указанную на чертеже, и превышает напряжение источника питания, отпираются вентили И, 12. С этого момента прекращается ток в контуре: 25-29-3-5-4-30-26-9- 23-9-25, и протекает ток сброса избыточной реактивной энергии с коммутирующего дросселя 9 по контуру: 9-11-22-12-9- 23-9. При этом ток сброса протекает по нагрузке в ту же сторону, что и ток моста инвертора.

При возрастании эквивалентного сопротивлеиия нагрузочного контура на нем возрастает напряжение. С момента достижения амплитуды напряжения на нагрузке, равной напряжению источника питания, отпираются вентили 18, 19, 20, 21 и протекает ток сброса нзбыточной реактивной энергии, запасеиной в нагрузке, по контурам: 23- 18-22-21-23 и 23-19-22-20-23. При .этом ироисходит ограничение напряжения па иагрузочном контуре и исключается нарушение коммутации вентилей инвертора при значительном возрастании эквивалентного сопротивления нагрузки.

Таким образом, предлагаемый инвертор позволяет, во-первых, ограничить напряжений на элементах йнйертора в режимах малых сопротивлений и при раскомпенсации нагрузочного контура на заданном уровне; во-вторых, на интервале времени,

предоставляемого па восстановление управляемости, к прямым вентилям прикладывается обратное напряжение, что способ-ствует скорейшему рассасыванию неосновных носителей в веитиле и восстановлению

его свойств управляемости; в-третьих, интервал времени, предоставляемого на восстановление управляемости, практически ие зависит от степени компенсации нагрузочного контура и от величины его эквивалентного сопротивлепия даже при значительном возрастании последнего, поскольку напряжение на нагрузке ограничено обратным вентильным мостом, следовательно, инвертор способен работать в широком диапазоне изменения сопротивления нагрузки; вчетвертых, поскольку к прямым вентнлям в момент отпирания противофазных прикладывается напряжение, равное геометрической сумме напряжений па коммутирующих конденсаторе и дросселе, на нагрузке и источнике питапия, оно оказывается ниже на 30-40%, чем в схемах с коммутирующими дросселями, вынесенным из моста инвертора, что нозволяет снизить число последовательно соедииенных вентилей в нлече инвертора и тем самым снизить стоимость основного оборудования; в-пятых, включение диодов сброса, связанных с отпайками половин коммутирующих индуктивностей,

позволяет снизить длительность затягиваиия тока сброса во второй половине полупериода, т. е. позволяет устранить режим отпирания очередиых вентилей, когда еще не окончился этап сброса, который сопровождается чрезмерными скоростями нарастания тока в прямых вентилях; это также позволяет дополнительно снизить раскачку напряжения на коммутирующем конденсаторе, которая возможна из-за наличия

паразитных индуктивностей в контурах сброса избыточной реактивной энергии; в-шестых, при протекании тока сброса в ту же сторону, что и тока моста инвертора, снижается уровень гармонических составляющих и повышается коэффнциепт использования основного оборудования преобразователя.

Формула изобретения

1- Автономный иоследовательный инвертор, содержащий мост силовых тиристоров с коммутирующим конденсатором в диагонали переменного тока, последовательно с каждым из тиристоров включены насыщающийся дроссель и соответствующая полуобмотка одного из фильтровых дросселей, средние точки обмоток которых связаны через ограничивающие дроссели с соответствующими входными выводами, а концы

через фильтровые конденсаторы н коммутирующие Дроссели- с выхбднымй выводами, и имеющий вспомогательные и обратные вентили, отличающийсй тем, что, с целью снижения напряжения на тиристорах и повышения надежности, он снабжен включенным между средними точками обмоток фильтровых дросселей дополнительным конденсатором, обкладки которого через вспомогательные вентили связаны с соответствующими точками соединения фильтровых конденсаторов и коммутирующих дросселей.

2. Инвертор по п. 1, отличающийся тем, что обмотки коммутирующих дросселей выполнены, каждая, с промежуточным выводом, подключенным через дополнительный вентиль к соответствующему крайнему выводу обмотки фильтрового дросселя.

- - ft---:-

3. Инвертор По пп. 1 и 2, отличающийся Тем, что обратные вентили в кем образуют мост, выводы переменного тока которого связаны с выходными выводами, а выводы постоянного тока - с упомянутым дополнительным конденсатором,

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2389012/07, кл. Н 02М 7/515, 1976.

2.Авторское свидетельство СССР но заявке N° 2388927/07, кл. Н 02М 7/515, 1976.

3.Авторское свидетельство СССР ио заявке N° 2324482/07, кл. Н 02 М 7/515, 1976.