Последовательный инвертор Советский патент 1981 года по МПК H02M7/515 

1

Устройство относитсяк силовой преобразовательной технике и может быть использовало в качестве источника питания электротермических установок.

Известны инверторы, содержащие дроссели фильтра, соединенные с колебательными контурами из конденсатора и индуктивности, а аткже управляемые вентили и выходные зажики/ к которым подключается йагрузка 1.

Недостатком этих схем является сильно выраженная зависимость напряжений и токов в силовых контурах от параметров нагрузки.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является последовательный инвертор, содержащий две ветильные , образованные встречно-параллельно соёдиненньада тиристорами и диодом, каждая из которых через соответствующий дроссель фильтра соединена со входным выводом а через элементы колебательной LC-це пи с выходным выводом 2.

Недостаток инвертора заключается в малом запасе коммутационной устойчивости, что снижает надежность схемы, а также невозможности регулирования мощности.

Цель изобретения - повышение надежности и расширение диапазона регулирования мощности.

Поставленная цель достигается тем, что последовательный инвертор содержащий два шунтированных обратными диодами тиристора, анод каждого из которых через соответствующий дроссель фильтра связан с положительным

0 входным выводом и через коммутирующую LC-цепочку - с первым выходным выводом, а катод соединен с отрицательным входным выводом и вторым выходным выводом, снабжен двухобмоточ5 ным трансформатором, каждая из обмоток которого включена последовательно с соответствующим дросселем фильт. ра.

При симметричном управлении инвертором по обоим дросселям фильтра протекает равная по величине постоянная составляющая тока/ определяемая входной мощностью инверторов и переменная составляющая, амплитуда ;которой не.

5 зависит от входной мощности. Включение двух обмоток трансформатора последовательно соответствующим., дросселям, причем встречно относительно постоянной доставляющей, позволяет

0 избавиться от постоянной составляю щей магнитного потока в сердечнике трансформатора. По контуру циркуляции, а также по контурам протекания переменной составляющей входных токов (по дросселям фильтра) трансформатор имеет индуктивную реакцию. При чем, поскольку амплитуда переменных составляющих в режиме номинальной мощности мала, относительно величины постоянной составляющей, эффективнос . фильтрации посредством указанного включения трансформатора может быть существенно выше без ощутимого увеличения габаритов установки. Сердечник трансформатора может быть выполнен замкнутым, например из феррита, при этом добавочная Индуктивность, вносимая o6MOTKaNM трансформатора в фильтровые цепи может в несколько раз превосходить индуктивность дрос-; селей фильтра. Это позволяет значительно снизить уровень переменной составляющей. На фиг. 1 и 2 сз ем:атически изобра жен инвертор, два варианта выполнения; на фиг. 3 ,и 4 - временные диаграммы., поясняющие работу этих схем. Инвертор питается от источника 1 постоянного.-напряжения и содержит две вентильные пары, образованные соответственно тиристором 2 и диодом 3, тиристором 4 и диодом 5. Вентильная пара 2, 3 подключается к источни ку 1 через дроссель фильтра 6. и первую обмотку 7 трансформатора. Общий вывод этой вентильной пары и обмотки 7 соедщнен с нагрузкой 8 через ком. .мутирующий конденсатор 9 и коммутируюпий дроссель 10. Вентильная пара . . 4, 5 подключена, к- источнику через дроссель фильтра Ни вторую обмотку ,12 трансформатора. Общий вывод венти Ной пары 4, и обмотки 12 соединен с нагрузкой 8 через коммутирующий конденсатор 13 и коммутирующий дроссель 14. Работа инвертора заключается в следующем. . На управляющие электрода тиристоров 2 и 4 поочередно подаются импуль сы управления от устройства управления (фиг. 3). При отпирании, например, тиристора 2 предварительно заряженный с полярностью, указанной на чертеже, конденсатор 9 разряжается на нагрузку 8 по контуру 9, 2, 8, 10. Параметры этого контура подобраны такими, чтобы процесс разряда про исходил по колебательному закону. Поэтому по окончании прямой полуволн разрядного тока по контуру, 3, 8, 10 протекает Обратная полуволна, дли тельность которой определяет время восстановления тиристора 2 в рассмо ренном интервале проводящего состоя ния вентильной пары 2, 3; напряжени источника 1 питания приложено к дро селю фильтра 6 и обмотке 7 трансфор матора, поэтому в этом интервале то ветви 6, 7 возрастает от минимального значения до максимального, т.е. на величину, равную удвоенной амплитуде переменной составляющей тока в этой ветви. Величина ее обратно пропорциональна индуктивности ветви и, ввиду значительной индуктивности обмотки 7, мала. Далее в момент смены знака.тока диода 3, он запирается. В силт; того, что момент смены знака тока диода 3, который является суперпозицией тока ветви 6, 7 и контура 9, 3, 8, 10, наступает позже при меньших мгновенных значениях тока и ветви 6, 7, то при меньших пульсациях (в случае введения трансформатора) увеличивается время восстановления тиристора 2. В момент погасания диода 3 наступает период паузы для первой вентильной пары 2, 3, в течение которой конденсатор 9 дозаряжается по контуру 1, б, 7, 9, 10, В. В момент подачи импульса на тиристор 4, который следует либо непосредственно за погасанием диода 3, либо с некоторой задержкой в контуре 13, 4,5, 8, происходят процессы, аналогичные рассмотренным. В момент повторного включения тиристора 2 цикл работы схемы возобновляется. В процессе работы схемы на конденсаторах 9 и 13 присутствует переменное напряжение значительной величины, поэтому в контуре 9, 7, 6, II, 12, 13, 14, 10 возникает циркуляция тока, приводящая к дополнительным потерям и частичному разряду конденсаторов Для этого контура обмотки 7 и 12 включены согласно и поэтому представляют большое индуктивное сопротивление, что значительно снижает амплитуду тока циркуляции. На фиг. 2 представлена схема второго возможного варианта изобретения; на фиг. 4 изображены диаграммы токов и напряжений, характеризующие его работу. Инвертор питается от источника 1 постоянного напряжени.я и содержит две вентильные пары, образованные соответственно тиристором 2 и диодом 3, тиристором 4 и диодом 5. Вентильная пара подключается к источнику 1 через дроссель фильтра 6 и первую обмотку дополнительного трансформатора. Общий вывод этой вентильной пары и сбмотки 7 соединен с нагрузкой 8 через коммутирующий дроссель 10, Вентильная пара 4, 5 подключается к источнику через дроссель фильтра 11 и вторуюг обмотку 12 дополнительного трансформатора.Общий вывод этой пары с обмоткой 12 соединен с нагрузкой 8 через коммутирующий конденсатор 9. При отпирании тиристора 2, предварительно заряженный с полярностью, указанной на чертеже, конденсатор 9 разряжается, по контуру 9, 8, 10, 2, 5. При этом тиристор 4, находящийся до момента начала разряда в проводящем состоянии, восстанавливается под действием небольшого напряжения проводящего диода 5, а в нагрузке 8 про текает полуволна тока разряда. По {окончании протекания этой полуволны диод 5 запирается и наступает период паузы, во время которой конденсатор заряжается, по цепи 1, 11, 12, 9, 8, 10, 2. Далее при отпирании тиристора 4 происходит разряд конденсатора по контуру 9, 4, 3, 10, 8. Ток разряда имеетнаправление противоположное предыдущей полуволне. В течение протекания этой полуволны тиристор 2 восстанавливается под действием небольшого напряжения открытого диода 3. По окончании протекания разрядног тока диод 3 запирается и наступает период паузы, в течение которого про исходит заряд конденсатора 9 по контуру 1, 6, 7, 10, 8, 9, 4. при подаче очередного импульса управления на тиристор 2 процессы в инверторе повторяются. Из описания принципа видно, что в схеме происходит поочередная коммута ция вентилей, а в периоды проводящег состояния вентильных пар дроссели фильтра с соответствующими обмотками трансформатора оказываются подключен ньаиш к источнику 1, что обуславливает пульсации тока, величина которых обратно пропорциональна суммарной ин.дуктивности дросселя фильтра и обмотки трансформатора. В процессе работы на обкладках кон денсатора 9 присутствует знакопеременное напряжение, что обуславливает циркуляцию тока по контуру 9, 8, 10, 7, 6, 11, 12. Большое индуктивное сопротивление согласно включенных обмоток 7, 12, трансформатора значительно уменьшает амплитуду тока циркуляции . Изобретение позволяет повысить устойчивость работы за чет увеличения времени восстановления тиристоров на 10-15%, уменьшить нижний предел регулирования мощности в 2-2,5, раза. Кроме того, оно уменьшает в 2-2,5 раза переменную составляющую входного тока инвертора, а также потери в инверторе на 5-7%. Достижение полученного результата происходит благодаря введению дополнительного трансформатора, масса и габариты которого не превышают 10% массы и габаритов входных дросселей. Формула.изобретения Последовательный инвертор, содержащий два .шунтированных обратными диодами тиристора, анод каждого из которых через соответствующий дроссель фильтра связан с положительным . входным выводом и через кок 1утирующую LC-цепочку - с первым выходным выводом, а катод соединен с сЗтрицательным входным выводом и вторым выходным выводом, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и расширения диапазона регулирования мощности, он снабжен двухибмоточным трансформатором, каждая из обмоток которого включена последовательно с соответствующим дросселем фильтра. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Беркович Е.И. Тнристорные пребразователи высокой частоты. Л., 1973, с. 80, 82, рис. 3-34, 3-36. 2.Тиристорные преобразователи астоты для индукционного нагрева еталлов. Межвузовский научный сборик трудов. Уфа, УАИ, 1976, 6, . 134, рис. 1.

L 8.3

Фиг.2

цг

ФтЗ

k