Последовательный инвертор Советский патент 1980 года по МПК H02M7/515 

(54) ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ ИНВЕРТОР

1

Изобретение относится к преобразовательной технике с применением полупроводниковых вентилей, а именно к тиристорным инверторам, предназначено для необратимого преобразования энер-5 гни постоянного тока на входе в энергию переменного тока высокой частоты на выходе и может найти применений для питания током высокой частоты, например индукционной нагревательной ус-Ю тановки для стали, магнитострикционных преобразователей и других видов нагрузок, у которых сопротивление изменяется в широких пределах.

Известно большое разнообразие схем15 последовательных инверторов, предназначенных питать постоянную или сравнительно малопеременную нагрузку l.

Наиболее близким к предлагаемому является инвертор, содержащий свя- 20 занные со входными выводами через дроссели фильтра тиристорные мосты и две последовательные цепочки, состоящие, каждая, из двух дросселей и двух конденсаторов, причем точка 25 соединения мостов соединена с первым выходным выводом, общая точка дросселей первой цепочки и общая точка конденсаторов второй цепочки соединены между собой и со вторьмвыход- 30

ным выводом, а точки соединения дросселей с конденсаторслчи первой цепочки подключены через диоды к соответствующим точкам соединения конденсаторов с дросселями второй цепочки 2.

Недостатком инвертора является недостаточная надежность вследствие наличия перенапряжения на элементах схемы.

Цель изобретения - повышение надежности.

Поставленная цель достигается за счет того, что инвертор, содержащий связанные со входными выводами через дроссели фильтра силовые тиристоры и две последовательные цепочки, состоящие, каждая, из двух дросселей и двух конденсаторов, а также коммутирующий конденсатор, причем силовые тиристоры связаны с первым выходным выводом, общая точка дросселей первой цепочки соединена со вторым выходным выводом, а точки соединения дросселей с конденсаторами первой цепочки соединены через диоды с соответствующими точками соединения дросселей с конденсаторами второй цепочки, снабжен чeтыpь .я дополнительными диодами и двумя коммутирующими дросселями, включенными последовательно с каждь1м силовым тиристорам и связанными с первым выходным выводом через коммутирующий конденсатор, а каждый дроссель первой цепочки выполнен с отпайкой, связанной через один из дополнительных диодов с соответствующей общей точкой последовательных цепочек и дросселя фильтра, причем точки соединения дросселей с конденсаторами второй цепочки связаны через другие дополнительные диоды с одним из выходных выводов. Кроме того, общая точка конденсаторов второй цепочки соединена с первым выходным выводом, а указанные другие дополнительные диоды подключены ко второму выходному выводу Инвертор может быть снабжен двумя вспомогательными диодами, а каждый дроссель второй цепочки выполнен с отпайками, подключенными через указанные вспомогательные диоды ко вто рому выходному выводу, соединенному с общей точкой .конденсаторов второй цепочки, причем указанные другие до полнительные диоды подключены к пер вому выходному выводу. На фиг. 1-4 представлена принципиальная предлагаемого инвертора, возможные варианты. Тиристоры i и 2 и коммутируюи ие дроссели 3 и 4 образуют последовательную цепь, подключенную к входным выводам + и - через фильтро вые дроссели 5 и б (фиг.1). Коммутирующий конденсатор 7 одним выводо присоединен к общей точке дросселей 3 и 4, а другим - к первому выходному выводу инвертора - нагрузке 8 Нагрузка 8 в общем случае представляет собой нагрузочный колебательный -контур. В двух последовательных цепочках, состоящих, первая из конденсаторов 9, 10, и дросселей 11, 1 и вторая - из конденсаторов 13, 14 и дроссселей 15, 16, дроссели 11, выполнены с отпайками, соединенными через дополнительные диоды 17, Г8 с соответствующими точками соединения .последовательных цепочек с дрос селями фильтра. Точка соединения эл ментов 9 и 12 через диод 19 соедин на с элементами 16 и 13. Точка соединения элементов 10 и 11 через дио .20 соединена с элементами 14 и 15. Точки соединения элементов 16,13,и ментов 14,15 соединены через другие дополнительные диоды 21, 22 со вторым выходным выводом. В установившемся режиме инверто работает следующим образом. Тиристоры 1 и 2 отпираются поочередно. П-ри отпирании тиристора 1 в контур инвертора протекает имрул высокочастотного тока по цепи 9-1-7-8-12-9. В нагрузке 8 этот импул тока протекает справа налево. При ирании очередного тиристора 2 имульс высокочастотного тока протекает другом контуре по цепи 10-11-8-7-4 2-10. В нагрузке 8 этот импульс тоа протекает слева направо, т.е. в ругую сторону. При очередном отпиании тиристора 1 процесс в инвероре повторяется аналогично вышеописанному, при этом ток в нагрузке скова меняет свое направление. Таким образом при поочередном отпирании тиристоров 1 и 2 через нагрузку 8 протекает переменный высокочастотный ток. При номинальной нагрузке и правильном подборе параметров схемы через диоды 17,18,19,20 ток не протекает. При снижении сопротивления нагрузки напряжение на дросселях 11 и 12 .возрастает , упомянутые диоды отпираются и напряжение на этих дросселях ограничивается на уровне напряжения фильтровых конденсаторов 9,10,13,14, исключая -г&л самым перенапряжения на всех элементах инвертора. При этом возникают контуры тока по следующим цепям: 12-17-9-12, 12-19-13-8-12, 11-10-18-11, 11-8-1420-11. Эти токи возвращают избыточную реактивную энергию из коммутирующих дросселей 11 и 12 в фильтровые конденсаторы 9, 10, 13,14, связанные через дроссели фильтра с источником питания. С помощью диодов 21 и 22 выходное напряжение на нагрузке 8 ограничивается по амплитуде на уровне напряжения на дополнительных фильтровых конденсаторах 13 и 14, что исключает снижение времени для восстановления управляеглости тиристоров 1 и 2, при увеличении сопротивления нагрузки вплоть до величин, близких к бесконечности (что соответствует, например, пустому индуктору нагревательной установки). При этом ток диодов 21 и 22 замыкается по цепям 8-21-13-8, 8-14-22-8. В схеме инвертора (фиг.2) дроссели 15, 16 второй последовательной цепочки выполнены с отпайками, подключенными через .вспомогательных диода 23, 24 ко второму выходному выводу, а другие дополнительные диоды 21, 22 подключены к первому выходному выводу. При отпирании тиристора 1 импульс тока протекает по цепи 9 и 16-1-3-7-8-13 и 12-9 и 16. При отпираний тиристора 2 ток протекает по цепи 11 и 14-8-7-4-2-10 и 15-11 и 14. При возрастании напряжений в схеме из-за снижения сопротивления нагрузки 8, напряжения на коммутирующих дросселях 11, 12, 15, 16 с помощью диодов 17, 19 23, 18, 20, 24 ограничиваются на уровне напряжений на фильтровых конденсаторах 9, 10, 13, 14, что исключает опасные перенапряжения в схеме инвертора при снижении сопротивления нагрузки до нуля При значительном увеличении сопротив ления нагрузки 8 выходное напряжение на ней с помощью диодов 21 и 22 огра ничивается на уровне напряжения на фильтровых конденсаторах 13 и 14, чт исключает снижение времени для восстановления управляемости тиристоров инвертора и сохраняет его работоспособность. Таким образом, при наличии в пос ледовательном инверторе предлагаемых цепей для рекуперации избыточной ре активной энергии из контура коммутации (с коммутирующих дросселей) в источник питания (в фильтровые конденсаторы) и цепей для ограничения выходного напряжения, от инвертора, можно питать резкопеременную нагрузку, сопротивление которой может изменяться от нуля до величин, близких к бесконечности, что соответствует, например, пустому индуктору нагревательной установки. Если в описанных схемах последова тельных инверторов применить выходной трансформатор 25, в котором первичная обмотка имеет промежуточный средний вывод, то описанный выше инвертор, без изменения сущности изобретения, имеет на выходе удвоенную частоту, т.е. переходит в разряд инверторов с удвоением выходной частоты (фиг.З, 4). Для дальнейшего увеличения выходной частоты количество инвертирующих ячеек, содержащих тиристоры, может быть увеличено. Формула изобретения 1. Последовательный инвертор, содержащий связанные со входными выводами через дроссели фильтра силовы тиристоры и две последовательные цепочки, состоящие, каждая, из двух дросселей и двух конденсаторов, а также коммутирующий конденсатор, при чал силовые тиристоры связаны с первым выходным выводом, общая точка дросселей первой цепочки соединена со вторым выходным выводом, а точки соединения дросселей с конденсаторами первой цепочки соединены через диоды с соответствующими точками соединения дросселей с конденсаторами второй цепочки, отличающийс я тем, что,- с целью повьаиения надежности, он снабжен четырьмя дополнительными диодами и двумя коммутируквдими дросселями, включенными последовательно с ксшдьм силовш тиристором и связанными с первым выходным выводом через, коммутирующий конденсатор, а каждый дроссель первой цепочки выполнен с отпайкой, связанной через один из дополнительных диодов с соответствующей общей точкой последовательных цепочек у дросселя фильтра, причем точки соединения дросселей с конденсаторами второй цепочки связаны через другие дополнительные диоды с одним из выходных выводов. 2,Инвертор по п. 1, отличающийся тем, что общая точка конденсаторов второй цепочки соединена с первым вызсодным выводом, а ука. занные Другие дополнительные диоды подключены ко второму выходному выводу. 3.Инвертор по П.1, отличающийся тем, что он снабжен двумя вспомогательными диодами, а каждый дроссель второй цепочки выполнен с отпайками, подключенными через указанные вспомогательные диоды ко второму выходному выводу, соединенному с общей точкой конденсаторюв второй цепочки, npH4avi указанные другие дополнительные диоды подключены к первому выходному выводу. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Беркович Е. И. и др. Тиристорные преобразователи высокой частоты. М., Энергия, 1973, с. 46, ис. 3-16. 2.Авторское свидетельство СССР 525213, кл. Н 02 М 7/515, 1974.

Риг.1

иг.2