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

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано при разработке генераторов для ультразвуковой техноло гии.. Известна схема автономного мостов го последовательного инвертора, содерхсащая вентильный мост, в диагонали которого включен коммутирующий LC-контур и нагрузка 1, в котором ток, протекающий через вентили, имеет синусоидальную форму, что снижает коммутационные потери .в вентилях а напряжение на нагрузке имеет .симметричную, близкую к синусоидальной, форму ч го уменьшает содержание высших гармоник в выходном токе и умень шает потери в компенсирующем нагруз ку конденсаторе. Однако в указанной схеме инвертора время для восстановления управляемости составляет 0,1-0,0 периода выходного напряжения, что снижает верхний предел частоты, на которой может применяться этот инвертор.Кроме того, в этой-схеме при резком сни жении сопротивления нагрузки недопустимо возрастает напряжение на вентилях, что Ьнижает надежность р боты инвертора. Наиболее близкой к изобретению является схема инвертора 2, кото- рая содержит вентильный мост, к зажимам переменного тока которого подключены одни обкладки двух коммутирующих конденсаторов, а к анодам и катодам вентилей моста, подключенным к входным зажимам через фильтровые дроссели, подсоединены цепочки/ состоящие из последовательно соединенных коммутирующего дросселя и фильтрового конденсатора. Б этой схеме, во-первых, увеличено время, предоставляемое для восстановления управляемости вентилей, примерло до половины периода выходной частоты} во-вторых, предотвращается возрастание напряжения на вентилях инвертора при резком снижении сопротивления нагрузки. Недостатком этой схемьг является то, что на интервале времени,предоставляемого для восстановления управляемости прямых вентилей, к ним прикладывается малое обратное напряжение, поскольку рекуперация избыточной реактивной энергии, запасенной в коммутирующем контуре, осуществляется посредством вентилей встречно-параллельного включения, что приводит к

затягиванию времени, необходимого я восстановления управляемости пряых вентилей, а следовательно к снижению предельно возможной выходной частоты и сния :ению надежности работы7 Помимо этого, такая схема способна работать в узком диапазоне и менения эквивалентного сопротивления нагрузки, поскольку с его ростом снижается время, предоставляемое для восстановления управляемости прякшх вентилей, и нарушаются условия их коммутации,что также снижает надежность работы.

Цёлью изобретения яёляется повьаШение надежности работ ы инвертора.

Для достижения поставленной цели инвертор, содержащий тиристорный мост,выводы переменного тока которого соединены с одними обкладками коммутирующих конденсаторов, а к анодам и катодам тиристоров, свяэанных с входными выводами через дроссели фильтра, подключены последовате льныёцепочки, состоящие каждйя из коммутирующего дросселя и фильтрового конденсатора, связанного с соответствующим выходным выводом, снабжен диодами и выходным трансформатором с четырьмя попарно последовательно соединенными первичными обмотками, акоммутирующие дроссели выполнены двухобмоточными, причем каждая пара первичных обмоток выходного трансформатора подключена между фильт эовыми, конденсаторами первых последовательных цепочек, соединенных с тиристорами смежных противофазных плеч моста, и зушунти-. рбёана двумя цепочками, состоящими кгЕжДая ИЗ диода и од;нОто иэ указанных фильтровьЬс кондёШатбров, а о6щая: точка пары соединена с другой 6б, cщкoй коммутирующего конденсатор и общей тЬч:кой последовательно соединенньк вторичных обмоток коммутирующих дросселей вторых цепочек, причем концы указанных вторичных обмоток через диоды подктпоче ны к точ-, кам соединения конденсаторов и первичных обмоток коммутирующих дросселей первых цепочек, а первйчнаярбмотка коммутирующего дросселя каждой цепочки выполнена с отпайкой, подключенной через диод к точке соединения фильтрового конденсатора этой хсе цепочки с первичной обмоткой трансформатора. На фигЛ показан основной вариант инвертора; 1 на фиг.2 - полумостовой вариант.

Инвертор состоит из тиристорног моста, содержащего тиристоры 1-4, коммутирующие конденсаторы 5,б,коммутирующие дроссели l-iO со вторичными обметками 11-14, включенные последовательно с коммутирующими дросселями, фильтровые дроссели 15-18 и фильтровые конденсаторы 19-22, нагрузку 23, подключенную ко вторично обмотке 24 выходного трансформатора, первичньае обмотки которого 25-28 подключены между коммутирующими и фильтровыми конденсаторами; подключенные к отпайкам коммутирующих дросселей и фильтровым конденсаторам диоды 29-32 для ограничения прямой полуволны напряжения на коммутирующих дросселях; включенные, последовательно с вторичными обмоткам коммутирунвдих дросселей, фильтровым конденсаторами и первичными обмотками выходного трансформатора диоды 33-36 для ограничения обратной полуволны напряжения на коммутирующем Дросселе и включенные последовательно с первичн ыми обмотками и фильтровыми конденсаторами диоды 37-40 для ограничения напряжения на нагрузке.

Инвертор работает следующим образом.

В первом такте отпирается тирист 1, и ток протекает по контуру 21-9-1-5-25-21 и трансформируется в контур 24-23-24.В случае, если напряжение на части коммутирующего дросселя 9 окажется выше напряжения на фильтровом конденсаторе 21, в начале периода будет протекать импульс тока в контуре 9-21-31-9, который прекратится в момент равенств указанных напряжений. После смены полярности напряжения на коммутирующем дросселе 9, когда величина напряжения на вторичной его обмотке 13 превышает сумму напряжений на конденсаторе 22 и обмотке 26 нагруso iHoro трансформатор а, отпирается диод36,и ток рекуперации энергии из контура коммутации протекает по цепи 13-36-22-26-13.

Во втором такте отпирается тирис

тор 2, и в том же порядке, что и в (первом тайте, в инверторе протекают

токи:

в контуре коммутации 22-10-2-6-26-22;

ТОК ограничения первой полуволны напр)яженйя на коммутирующей индуктивности по контуру 10-22-29-10; V ток рекуперации энергии из контура коммутации по цепи 14-35-21-2514. : .

При ЭТОМ импульс тока в нагрузке 23 будет протекать в направлении противоположном направлению тока в первом такте.

Время, предоставляемое для восстановления управляемости тиристора 1, состоит из двух интервалов. Первый из этих интервалов равен времени работы тиристора 2, т.е. полупериоду выходной частоты. Второй интервал опредё 1Яется моментом. выравнивания напряжений на конденсаторе 21 и перезаряжается через тиристор 3 конденсатора 5. Этот интервал составляет примерно 0,2 от периода выходной частоты. Таким образом, полное время, предоставляемое для восстановле ния управляемости тиристора 1 (аналогично и для тиристоров 2,3 и 4), составляет примерно 0,7 периода вы ходной частоты, В третьем такте отпирается тирис 3, и в схеме протекают следующие то ки: ток в контуре коммутации 19-27-5 3-7-19; ток ограничения напряжения на ко мутирующей индуктивности по контуру 7-32-19-7; ток рекуперации энергии из конту коммутации по цепи 11-28-20-34-11. Направление тока в нагрузке 23 буде противоположным направлению в преды дущем такте. В четвертом такте отпирается тиристор 4, и токи текут по цепям: ток в контуре коммутации 20-28-6 4-3-20; ток ограничения напряжения на ко1 в4утирующей индуктивности по контуру 8-30-20-8; ток рекуперации энергии из конту ра коммутации по цепи 12-27-19-33-1 Через нагрузку 23 будет протекат импульс тока, направление которого противоположно направлению тока в предыдущем такте. Таким образом, в схеме осуществляется двухсторонняя подпитка нагрузки импульсами тока. Токи рекуперации энергии протекают через нагрузку в том же направлении что и импульсы тока, соответствующе им контура коммутации. Если суммарное направление на обмотках трансформатора 25, 27, и 26, 28 станет выше, чем напряжение, до которого заряжены конденсаторы 19,20,21 и 22, то откроются диоды 37, 38, 39 и 40, и потекут токи в цепях ограничения напряхчения на нагрузке: 25-27-37-21-25, 25-27-1938-25, 26-28-39-22-26 и 26-28-20-40 26. Схема может быть выполнена в пол мостовом варианте (фиг.2). , Процессы в схеме протекают тогда следующим образом. В первом такте отпирается тиристо 1, и течет ток в контуре коммутации по цепи 21-9-1-5-25-21. При этом ток ограничения напряжения на кокму тирующем дросселе протекает по цепи 9-21-31-9. Ток рекуперации энергии из контура коммутации течет по цепи 13-36-19-13. Во втором также отпирается тиристор 3, и течет ток в контуре коюлутации по цепи 19-27-5-3-7-19. При этом ток ограничения напряжения на комг тирующем дросселе протекает по цепи 7-32-19-7. Ток рекуперации экер гии из контура коммутации течет по цепи 11-21-34-11.

При превышении величины напряжения на нагрузке уровня, до которого

2. Авторское свидетельство СССР 65 № 484611, кл. Н 02 М 7/515, 1977. запряжены конденсаторы 21 и 19, текут токи по цепям 25-27-37-21-25 и 25-27-19-38-25. Таким образом, схемы обеспечивают время, предоставляемое для восстановлений управляемости вентилей,в пределах 0,5-0,7 периода частоты выходного напряжения, а так;хе обеспечивают работу при изменении сопротивления нагрузки от О до сэо , что в целом на 25-30% повышает надежность предлагаемого инвертора. формула изобретения Последовательный автономный инвертор, содержащий тиристорный мост, выводил переменного тока которого соединены с одними обкладками коммутирукицих конденсаторов, а к анодам и катодам тиристоров, связанных с входными выводами через дроссели фильтра, подключены последовательные цепочки, состоящие каждая из коммутирующего дросселя и фильтрового конденсатора, связанного с соответствукяцим выходным выводом, от л и ч аю щ и и с я тем, что , с целью повышения надежности, он снабжен диодами и выходным трансформатором с четырьмя попарнЬ последовательно соединенными первичнымиобмотками, а коммутирующие дроссели выполнены двухобмоточными, причем каждая пара первичных обмоток выходного трансформатора подключена между фильтровыми конденсаторами первых последовательных цепочек, соединенных с тиристорами смежных противофазных плеч мОста, и зашунтирована двумя цепочками, состоящими, каждая из диода и одного из указанных фильтровых конденсаторов , а общая точка пары соединена с другой обкладкой коммутирующего конденсатора и общей точкой пЬслёДбвательно соединенных вторичных обмоток коммутирующих дросселей вторых цепочек, причем концы указанных вторичных обмоток через диоды подключены к точкам соединения конденг-,. . саторов и первичных обмоток коммутирующих дросселей первых цепочек, а первичная обмотка коммутирующего дросселя каждой цепочки выполнена с отпайкой, подключенной через диод к точке соединения фильтрового конденсатора этой же цепочки с первичной обмоткой трансформатора. Источники информации, . принятые во внимание при экспертизе 1. Беркович Е. И. и др. Тиристорные преобразователи высокой частоты. Л., Энергия, 1973, с. 46 , рис. 3jl6a. ,