Последовательный автономный инвертор Советский патент 1981 года по МПК H02M7/515 

1

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть ис пользовано, например, для индукционного нагрева металлов.

Известны схемы последовательных инверторов с рекуперацией излишней электромагнитной энергии коммутирующего дросселя в питающую сеть, что позволяет ограничивать напряжение на вентилях и других элементах схем при резком уменьшении сопротивления нагрузки 1 и 2 .

В первой схеме коммутирующие индуктивности включены между вентильньми мостами и с помощью остаточных диодов соединены с последовательно соединенными нагрузкой и разделительным конденсатором. Во второй схеме коммутирующие дроссели соединены последовательно с одними разделительными конденсаторами и с помощью встречного диода подсоединены параллельно другому разделительному конденсатору

Недостатком обеих схем является то, что в них рекуперация излишней электромагнитной энергии с коммутирущих дросселей осуществляется в конденсаторы, заряженные до питающего, напряжения, что недостаточно ограничивает напряжение на вентилях и других элементах схемы при резком снижении сопротивления нагрузки. Особенно ощутимым становится этот недостаток при возрастании частоты и мощности преобразователей.

Известна также схема последовательного автономного инвертора, которая содержит два ,разделенных фильтровыми дросселями вентильных моста с коммутирующими контурами и два фильтровы конденсатора, одни обкладки которых соединены с точками соединения вентильных мостов и фильтровых дросселей, а вторые обкладки образуют выходные выводы к которым подсоединена нагрузка. Рекуперация излишней электромагнитной энергии с коммутирующих контуров в схеме осуществляется с помощью встречных диодов, подключенных параллельно прямым вентилям, что обеспечивает жесткое ограничение напряжения на вентилях на уровне не выше двойного по отношению к напряжению источника питания при уменьшении сопротивления нагрузки вплоть до нуля з .

Недостатком схемы является то, что восстановление управляемости вентилей в ней происходит при малом обратном напряжении равном падению прямого напряжения на встречных диодах, что затрудняет процесс восстановления, увеличивает его длительность и,-следовательно, требует увеличения времени предоставляемого на восстановление управляемости йрямых вентилей. Это не позволяет применять схему на вы1соких частотах, например в ультразвуковом диапазоне. Наиболее близким к предлагаемому является автономный последовательный инвертор, содержащий два тиристорных моста с кoммyтиps oщими .контурами в диагоналях переменного тока, причем выводы постоянного тока мостов связаны со входными выводами через ограничительный дроссель и через фильтровые дроссели с отпайками; две последовательные цепочки, включенные, перва между первым выходным выводом li анЪдной группой первого моста, а вторая между одним из выходных выводов.и катодной группой второго моста, и состоящие каждая,из коммутирующего дросселя с отпайкой и вспомогательного фильтрового конденсатора, к точкам соединения которых подключены одни электроды вспомогательных диодов, сое диненных другими своими электродами с отпайками соответствующих фильтровых дросселей, причем отпайка коммутирующего дросселя первой цепочки связана через встречный диод с анодной группой первого-моста, а отпайка коммутирующего дросселя второй цепочки через другой встречный диод с катодной группой второго моста, два фильтровых конденсатора, включенных: первый между одним из выходных выводов и анодной группой ВТОРОГО моста, а второй- между вторым выходным выводом и катодной группой первого моста, причем указанные катодная груп па связана с первым, а анодная - с од ним из выходных выводов через дополнительные цепочки, состоятие, каждая из диода и дросселя сброса, а также дополнительный фильтровой конденсатор включенный между отпайками фильтровых .дросселей, соединенными каждая, с од ним из. выходных выводов через соответствующий дополнительный диод . Недостатком известной схемы является невозможность одновременной работы мостов, поскольку трки мостов ho нагрузке протекают в ПРОТИВОПОЛОЖ НОМ направлении и крмпенсируют друг друга. В данном же устройстве по ино му образованй выходные выводы, а это позволяет обеспечить синхронную работу тиристорных мостов, и последова тельное включение коммутирующих дрос селей на интервале, когда происходит рекуперация с этих дросселей излишней электромагнитной энергии на дополнительный Конденсатор. Это- обстоятельство позволяет увеличить эффективность сброса и уменьшить напряжения на коммутирующих конденсаторах и вентилях, что как бы эквивалентно сбросу излишней энергии с каждой коммутирующей индуктивности на конденсатор, заряженный до половины питающего напряжения. Цель изобретения - повышение наВежности за счет увеличения эффективности сброса и уменьшения напряжения на коммутирующих конденсаторах и вентилях. Для достижения поставленной цели последовательный автономный инвертор снабжен двумя исполнительными дросселями, включенными последовательно со встречными диодами, причем втот рая последовательная цепочка .подключена ко второму выходному выводу, соединеннсчу у через указанную дополнительную цепочку с анодной группой второго моста,- соединенной через фильтровый конденсатор с первым выходным выводом, связанньм через дополнительный диод с отпайкой фильтрового дросселя, подключенного к положительному входному выводу. На фиг.1,2 и 3 изображены разные варианты схемы предлагаемого инвертора. Схема состоит из двух тиристорйых мостов, собранных на тиристорах 1-8, в диагонали ;которых включеныкоммутирующие контуры, состоящие из коммутирующих дросселей 9 и 10 и коммутирующих конденсаторов 11 и 12, фильтровых дросселей 13-16 и ограничивающего дросселя 17, через которые тиристорные мосты подключены к входным выводам, подключенные между выводами постоянного тока последовательные цепочки из вспомогательных Фильтровьк конденсаторов 18 и 19 коммутирующих дросселей 20-21 и фильтровых конденсаторов 22 и 23, дополнительного конденсатора 24, подключенного j отпайкам фильтровых дросселей нагрузки 25, подключенной к выходным выводам, и встречных диодов 26 и 27, дополнительных дросселей 28 и 29, вспомогательных диодов 30 и 31, дополнительных диодов 32 и 33, диодов 34 и 35 и дросселей сброса 36 и 37. Схема, изображенная на фиг. 1, работает следующим образом. В nejpBOM такте открывается тиристоры 1,4 первого моста и 5,8 - второго моста, и ток протекает вначале по контурам; 11-4-23-25-20-26-28-1-9-11 и 12-8-29-27-21-25-22-5-10-12 за счет запаса избыточной энергии в коммутирующих конденсаторах 11 и 12, а затем, когда запираются диоды 26 и 27 - по контурам: 18-1-9-11-4-23-25-20-18 и 22-5-10-12-8-18-21-25-22. Во второй половине полупериода тока, когда напряжение на коммутирующих дросселях 20 и 21 примет полярность, указанную на.фиг,1, и сумма этих напряжений превзойдет напряжение на дополнительном конденсаторе 24, заряженном до напряжения питания, открываются диод 30 и 31. С этого момента прекраицается ток в мостах инвертора, останавливается перезаряд коммутирующих кон ценсаторов на заданном уровне и протекает ток сброса избыточной реактив ной энергии, запасенной в коммутирую щих дросселях по контуру: 20-30-2431-21-25-20. Во втором такте работы инвертора, когда открываются тиристоры 2,3 и 6, процессы повторяются аналогично описанным. С ростом эквивалентного сопротивления нагрузочного контура возрастает и напряжение на нем, с достижением амплитуды которого, равной напряжению на фильтровых конденсаторах 22 и 23, заряженных до половины питающего напряжения, открывают ся диоды 34 и 35 и протекает ток сбр са избыточной реактивной энергии, за пасенной в нагрузке по контурам: 2534-37-22-25 и 25-23-36-35-25. При этом амплитуда напряжения на нагрузочном контуре ограничивается на уровне, равном половине питающего напряжения и вьше, в зависимости от величины индуктивности дросселей Зб На фиг.2 изображена схема инвертора, в которой осуществляется сброс |13быточной энергии, запасенной в наг Ьузке как в положительном, так ив отрицательном полупериоде выходного напряжения, что очень важно при работе инвертора на резкопеременную на рузку с низкой добротностью. При этом токи протекают по следующим кон турам: 25-32-24-33-25 и 37-34-18-35На фиг.З изображен упрсмценный вариант выполнения схемы. В этом случае сброс избыточной реактивной энер гии, запасенной в коммутирующих дрос селях и в нагрузочном контуре, осуществляется на фильтровые конденсаторы, заряженные до напряжения равно го половине питающего. Формула изобретения Последовательный автономный инвертор, содержащий два тиристорных моста с коммутирующими контургили в . диагоналях переменного тока, причем :выводы постоянного тока мостов связаны со входными выводами через ограничительный дроссель и через фильтровые дроссели с отпайками; две последовательные цепочки, включенные, первая - между lepвым, выходным выводом и анодной группой первого моста, а вторая - между одним из выходу ных выводов и катодной группой второго моста, и состоящие, каждая,из коглмутирующего дросселя с отпайкой и вспомогательного фильтрового конденсатора, к точкам соединений которых подключены одни электроды вспомогательных диодов, соединенных другими своими электродами с отпайками соответствующих фильтровых дросселей, причем отпайка коммутирующего дросселя первой цепочки связана через встречный диод с анодной группой первого моста, а отпайка коммутнруюгцего дросселя второй цепочки через другой встречный диод - с катодной группой второго моста, два фильтровых конденсатора, включенных, первый - между одним из выходных выводов и анодной группой второго моста, а второй между вторым выходным выводом и катодной группой первого моста, причем указанные катодная группа связана с первым, а анодная - с одним из выходных выводов, через дополнительные цепочки и состоящие, каждая из дирда, и дросселя сброса, а также дополнительный фильтровой конденсатор, §ключенный между отпайками фильтровых дросселей, соединенными, каждая, с одним из выходных выводов через соответствуюишй дополнительный диод, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, он снабжен двумя дополнительными дросселя- ми, включенньми последовательно со . встречными диодс1ми, причем вторая последовательная цепочка подключена ко второму выходному выводу, соединенному через указанную Дополнительную цепочку с анодной группой второго моста, соединенной через фильтровой конденсатор с первым выходньвх выводом, связанным через дополнительный диод с отпайкой фильтрового дросселя, подключенного к положительному входному выводу. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Канцельсон С.М, и ДР. Многоячейковый тиристорный инвертор мощностью 50 кВт и частотой 10 кГц. Сборник 2, Тиристорнйе- преобразователи частоты для индукционного нагрева металлов . Уфа. Труды УАИ, 1972, вып.39, с.161, рис.1, 2.Гутин Л.С. и др. Новая схема тиристорного инвертора с рекуперацией энергии. Межвузовский сборник б Тиристорныё преобразователи частоты для индукционного нагрева металлов, Уфа, 1976, с.9, , 3,Авторское свидетельство СССР 486439, кл, И 02 М 7/537, 1971. 4,Авторское свидетельство СССР по заявке 2699355/07, кл, И 02 М 7/515, 1978,

лМ

f6