Последовательный автономный инвертор Советский патент 1980 года по МПК H02M7/515 

(54) ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР

1

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано для индукционного нагрева металлов.

Известен ряд последовательных автономных инверторов, в которых рекуперация избыточной реактивной энергии, запасенной в коммутирующих контурах, осуществляется непосредственно с коммутирующих дросселей в фильтровые или дополнительные конденсаторы, заряженные до полного напряжения питания 1 и 2.

С ростом установленной мощности преобразователя или его выходной частоты возрастает и относительная величина паразитных индуктивностей, не охваченных и включенных последовательно в контур сброса избыточной реактивной энергии, запасенной в кбммутирующем дросселе. В связи с этим снижается эффективность ограничения напряжения на элементах инвертора, выполненного по указанным схемам, существенно возрастают предельные напряжения на его вентилях при снижении эквивалентного сопротивления загрузочного контура до нуля. Известна также схема последовательного автономного инвертора.

Наиболее близок к изобретению - инвертор, содерж-ащий два вентильных моста, положительные зажимы которых подключены через дроссели к положительным обкладкам фильтровых конденсаторов и через фильтровые дроссели к положительному входному зажиму, а отрицательные зажимы подключены к среднему выходному зажиму, соединенному с отрицательным входным зажимом, и через фильтровые дроссели с крайними выходными зажимами, которые под10 ключены к отрицательным обкладкам фильтровых конденсаторов и через встречные вентили к положительным обкладкам других фильтровых конденсаторов 3.

В этой схеме рекуперация избыточной реактивной энергии, запасенной в коммути15рующих контурах, осуществляется посредством вентилей встречно-параллельного включения. При этом на интервале времени, представляемом на восстановление управляемости, к прямым вентилям прикладывается малое обратное напряжение, что снижает интенсивность рассасывания неосновных носителей в их структуре и увеличивает время, необходимое для восстановления управляемости. Цель изобретения - повышение надежности.-- : -: Для достижения поставленной цели инвёртор, содержащий связанЖте с входными вьТводамйчёрез дроссели фильтратирйсторные мосты с коммутирующими LC-контурами в диагоналях, анодные группы которых соединены с первыми обкладками фильт ровых. конденсаторов, причем вторые обкладки . последних соединены с анодами ЁГстр ёчнь1х вентилей и связаны с выходныМй выводами, подключенными к первым обкладкам вспомогательных конденсаторов, снабжен двумя доп олнительными тиристорными мостами, вспомогательными дросселями, дополнительными фильтрЬвымйSjpocceлями, двумя дополнительнь1ми конденсато , -двумя компейсйруюп имй конденсаторами, двумя дополнительными встречными вентилями и дополнительными коммутирую/щими дросселями, включенными каждый последовательно с катодной группой одного из дополнительных мостов, связанной с отрицательным входным выводом через один, дополнительный коммутирующий дроссель, с положительным входным выводом - через последовательную цепочку из дополнителького конденсатора и дополнительного фильтрового дросселя, общая точка которых соединена с катодом встречного вентиля, а анодная группа моста соединена через другой дополнительный фильтровый дроссель с положительным входным выводом и с второй обкладкой упомянутого вспомогательного конденсатора и катодом дополнительного вТнтйля,ЖнЬд к6торот(ГподЮ1ючён к первой обкладке другого вспомогательного конденсатора. Два других дополнительных коммутирующих дросселя включены каждый между второй обкладкой фиЖБТрб1оГб°1к:Ьнденсатора и соответствующим входным выводом, соединённым через параллельно включённУе компенсирующий конденсатор и вспомогательный дроссель с отрицательным входным выводом. Кроме того, инвертор снабжен дополни.-.,.ЛйМЩО§Д™лями,и вспомогательной последовательной цепочкой, включенной параллельно входным выводам и состоящей из дросселя и конденсатора, точка соединения; которых через дополнительные вентили,, включенные, р обратном направлении, подклрчена к отпайкам доррлнительньгх ком мутирующих дросселей, включенных последовательно с дополнительными мостами, а отпайки двух других дополнительных коммутирующих дросселей соединены через другие дополнительные вентили с анодными группами соответствующих мостов. Схемы инвертора представлены на фиг. 1-3. Схема инвертора, изображенная на фиг.1 содержит четыре М0ста7с0стоящих йз тиристоров 1 -16, фильтровые дроссели 17, 18, дополнительные фильтровые дроссели

767919 19-22, фильтровые конденсаторы 23, 24, вспомогательные конденсаторы 25, 26, дополнительнь1е конденсаторы 27, 28, в диагонали мостов .включены коммутирующие конденсаторы 29-32 и коммутирующие дроссели 33-36, компенсирующие конденсаторы 37, 38 и вспомогательные дроссели 39, 40, щунтирующие нагрузку 41, дополнительные коммутирующие дроссели 42-45, встречные вентили 46, 47; дополнительные встречные вентили 48, 49. Инвертор работает следуюц1им образом. В первом такте открываются тиристоры 1-, 2 третьего моста и тиристоры 5, 6 первого моста, при этом ток протекает по кон4-урам: 24-1--31-33-2-37-4:2 -24 и 25 - 5 - ЗЙ - 34 - 6 - 44 - 37 - 25. Токи первого и. третьего мостов инвертора суммируются в компенсирующем конденсаторе 37. Во второй половине полупериода тока, когда напряжение на коммутирующих дросселях 44, 42 принимает полярность, указанную на фиг. 1, и их сумма превосходит напряжение на конденсаторе 28, заряженном до напряжения, питания, открывается встречный вентиль 46. С этого момента прекращается ток в третьем и первом мостах, останавливается перезаряд коммутирующих конденсаторов 31, 32 на заданном уровне и протекает ток сброса избыточной реактивной энергии, запасенной в коммутирующих дросселях 42, 44 по контуру 44 - 37 - 42 - 46 - 28 - 40, т. е. по компенсирующему конг денсатору 37 ток протекает в ту же сторону, что и ток мостов инвертора. Во втором такте открываются тиристоры 9, 10 второго моста и тиристоры 13, 14 четвертого моста, при этом ток протекает по контурам: 26- 9 - 29 - 35- 10 -45 -38 -26 и 23-13 30 - 36 - 14 - 38 - 43 - 23. Токи второго и четвертого мостов инвертора суммируются в компенсирующем конденсаторе 38. Во второй половине полупериода тока, когда напряжение на коммутирующих дросселях 45, 43 принимает полярность, указанную на фиг. 1, и сумма, этих напряжений превосходит .напряжение питания, до которого заряжен конденсатор 27, открывается встречный вентиль 47, С этого момента прекращается ток. во втором и четвертом мостах, останавливается перезаряд коммутирующих конденсаторов 29, 30 на заданном уровне и протекает ток сброса избыточной реактивной энергии, запасенной в коммутирующих дросселях 45, 43 по контуру: 43 - 47 - 27 - 45 - 38 , т. е. по компенсирующему конденсатору 38 в ту же сторону, что и ток второго и четвертого мостов. В третьем такте открываются тиристоры 3, 4 и 7, 8, а в четвертом - тиристоры 11, 12 и 15, 16, при этом процессы в инверторе повторяются аналогично описанным. С ростом эквивалентного сопротивления нагрузочного контура растет и напряжение на нем. При ьозрастании амплитуды напряжения на индукторе до напряжения, равного напряжению питания, открываются вентили 48, 49 и протекает ток сброса избыточной реактивной энергии, запасенной в нагрузке, в первом полупериоде выходного напряжения по контуру: 41-49 - 26 - 41, а во втором полупериоде - по контуру: 41-48 - 25 - 41. При этом амплитуда напряжения на индукторе ограничивается на уровне, равном питающему напряжению и выше, в зависимости от узла включения вентилей 48, 49, а к мостам инвертора прикладывается напряжение на компенсирующих конденсаторах 37, 38, равное половине напряжения на индукторе. Такое ограничение напряжения на нагрузке при возраст нии ее эквивалентного сопротивления позволяет устранить аномальный режим работы инвертора (например, срыв инвертирования), связанный с резким уменьшением времени, предоставляемого для восстановления управляемости прямых вентилей. ,,„ С возрастанием относительной величины паразитных индуктивностей, не охваченных контуром сброса избыточной реактивной энергии, возрастает и напряжение на элементах инвертора. Для повышения эффективности ограничения напряжения на элементах инвертора и снижения длительности протекания тока сброса избыточной реактивной энергии, запасенной в коммутирующих дросселях во второй половине полупериода тока, в инверторе, изображенном на фиг. 2, осуществляется сброс избыточной реактивной энергии, запасенной в коммутирующих конденсаторах в первой половине полупериода тока. Инвертор, показанный на фиг. 2, содержит дополнительные вентили 50, 51, 52, 53, дроссель 54 и конденсатор 55. Схема работает следующим образом. В первом такте открываются тиристоры 1, 2, 5, 6, и ток сначала протекает под действием напряжения на коммутирующем конденсаторе по контурам 31-33-2-39-42-52-1-31, 32- 34-6-44-50-55-37-25-5-32, а затем, когда закроются вентили 52, 50, по контурам 24-31-33-2-37-42-24, 25-5-32 34-6-44-37-25. Во второй половине полупериода тока также, как и в первом варианте, протекает ток сброса избыточной реактивной энергии, запасенной в коммутирующих дросселях 44, 42 по контуру: 42-46-28-44-37-42. Во втором такте открываются тиристоры 9, 10, 13, 14 и ток протекает сначала по контурам: 29-25- 10-45-51 -55-38-26-9-29, 3036-14-38-43-53-13-30, а затем, когда закроются вентили 51, 53, по контурам: 26-9-29-35-10-45-38-26, 23-12- 30-36-14-38-43-23. Во второй половине полупериода тока протекает ток сброса избыточной реактивной энергии, запасенной в коммутирующих дросселях 45, 43, по контуру: 43-47-27-45-38-43. В следующих тактах, когда открываются тиристоры 3, 4, 7, 8 и 11, 12, 15, 16 процессы в схеме повторяются аналогично описанным. На фиг. 3 изображен вариант исполнения инвертора. В этом случае в каждый такт работы схемы высокочастотным YOKOM подпитываются обе половины нагрузки, и ток сброса избыточной реактивной энергии, запасенной в коммутирующих дросселях, также протекает через обе половины нагрузки. Формула изобретения 1. Последовательный автономный инвертор, содержащий связанные с входными выводами через дроссели фильтра тиристорные мосты с коммутирующими LC-контурами в диагоналях, анодные группы которых соединены с первыми обкладками фильтровых конденсаторов, причем вторые обкладки последних соединены с анодами встречных вентилей и свя.заны с выходными выводами, подключенными к первым обкладкам вспомогательных конденсаторов, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, он снабжен двумя дополнительными тиристорными мостами, вспомогательными дросселями, дополнительными фильтровыми дросселями, двумя дополнительными конденсаторами, двумя компенсирующими конденсаторами, двумя дополнительными встречными вентилями и дополнительными коммутирующими дросселями, включенными каждый последовательно с катодной группой одного из дополнительных мостов, связанной с отрицательным входным выводом через один дополнительный коммутирующий дроссель и с положительным входным выводом - через последовательную цепочку из дополнительного конденсатора и дополнительного фильтрового дросселя, общая точка которых соединена с катодом встречного вентиля, а анодная группа моста соединена через другой дополнительный фильтровый дроссель с положительным входным выводом и с второй обкладкой упомянутого вспомогательного конденсатора и катодом дополнительного вентиля, анод которого подключен к первой обкладке другого вспомогательного конденсатора, причем два других Д9полнительных коммутирующих дросселя включены каждый между второй обкладкой фильтрового конденсатора и соответствующим выходным выводом, соединенным через параллельно включенные компенсирующий конденсатор и вспомогательный дроссель с отрицательным входным выводом. 2. Инвертор по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными вентилями и вспомогательной последовательной цепочкой, включенной параллельно входным

выводам и состоящей из дросселя и конденсатора, точка соедннения которых через дополнительные венфили, включенные в обратном направлении, подключена к отпайкам допол.нительдых коммутирующих дросселей, включенных последовательно с дополнительными мостами, а отпайки двух других дополнительных коммутирующих дросселей соединены через другие дополнительные вентили с анодными группами соответствующих мостов.

19

г1

1

}п

19

21

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Т

Z2

.20

18

22

}20

15

7S

л