Однофазный автономный инвертор Советский патент 1981 года по МПК H02M7/515 H02P13/18 

(54) ОДНОФАЗНЫЙ АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР

Изобретение относится к преобразовательной технике и может бь1ть использовано во вторичных источниках питания.

Известен автономный инвертор, содержащий силовые тиристоры, ком.мутирую1цие тиристоры, конденсатор, дроссель, и систему управления тиристорами I.

Известен также инвертор, содержащий однофазный трансформатор сосредним выводом обмотки, силовые тиристоры, коммутирующие конденсатор, дроссель, и систему управления, выполненную на однопереходном транзисторе 2.

Наиболее близким.по технической сущности к предлагаемому . является однофазный автономный инвертор, содержащий силовые тиристоры, трансформатор, коммутирующие конденсатор и тиристоры, зарядный тиристор, и систему управления. Инвертор имеет четырехтактную систему управления, выполненную, например, на базе двух магнитно-транзисторных мультивибраторов, вырабатывающих сигналы со взаимным сдвигом 3.

Однако четырехтактное управление инвертором не только сложно по схемному построению, но и ненадежно из-за повышенных требований к синхронизации импульсов управления. При случайном сбое схемы синхронизации могут оказаться открытыми одновременно коммутирующий и зарядный тиристоры, что приводит к короткому замыканию источника питания. Аналогичный срыв работы инвертора может происходить при отключении нагрузки за счет резкого возрастания постоянной времени цепи разряда коммутирующего конденсатора.

Цель изобретения - упрощение и повыщение надежности инвертора.

Поставленная цель достигается тем, что в однофазном автономном инверторе, содержащем два силовых тиристора, включенных между первым входным выводом и крайними выводами первичной обмотки силового трансформатора, средний вывод обмотки которого соединен со вторым входным выво.дом, два коммутирующих тиристора, одни выводы которых подключены к отпайкам первичной обмотки силового трансформатора, а другие соединены в общую точку, коммутирующий конденсатор, включенный между средним выводом первичной обмотки силового трансформатора и общей точкой коммутирующих тиристоров, зарядный тиристор, 1ервый вывод которого соединен со вторым входным выводом, а второй связан с общей точкой коммутирующих тиристоров, а также схему управления, имеющую генератор с трансформатором, выходные обмотки которого связаны с управляющими переходами тиристоров, последовательно с зарядным тиристором включены диод в прямом направлении и коммутирующий дроссель, анод и катод зарядного тиристора соединен со входом узла задержки, выход которого связан с управляющим переходом зарядного тиристора, причем две выходные обмотки трансформатора схемы управления связаны с управляющими переходами соответствующих коммутирующих тиристоров через дифференцирующие цепочки, а две другие выходные обмотки соединены последовательно согласно, общая точка их соединена со вторым выводом зарядного тиристора, а крайние выводы связаны с управляющими электродами соответствующих силовых тиристоров через резисторы и разделительные диоды.

Кроме того, в однофазном автономном инверторе узел задержки содержит регулируемую RC-цепочку, щунтирующую зарядный тиристор, и однопереходнь1Й транзистор, подключенный базами к аноду и управляющему электроду зарядного тиристора, а эмиттером - к точке соединения емкости и резистора RC-цепочки.

На чертеже представлена принципиальная схема однофазного автономного инвертора.

Однофазный автономный инвертор содержит основные тиристоры 1 и 2; коммутирующие тиристоры 3 и 4, зарядный тиристор 5, коммутирующий конденсатор 6, коммутирующий дроссель 7, трансформатор 8, секции первичной обмотки трансформатора, вторичную обмотку 13 трансформатора, нагрузку 14, магнитно-транзисторный генератор 15, состоящ 1Й из транзисторов 16 и 17, секций 18-21 первичной обмотки трансформатора 22 с резисторами 23 и 24, вторичных обмоток 25-28 с резисторами 29 32, конденсаторами 33 и З4и развязывающими диодами 35 и 36; пороговую схему 37, состоящую.из однопереходного транзистора 38, переменного резистора 39 и конденсатора 40; защитные диоды 41-45, диод 46 и входные зажимы 47 и 48.

Устройство работает следующим образом.

При подключении источника питания к входным зажимам 47 и 48 инвертора на выходных обмотках 25-28 магнитно-транзисторного генератора 15 формируется прямоугольньш импульс напряжения. Одновременно начинается заряд конденсатора 40 через резистор 39,диод 46, коммутирующий дроссель 7 и коммутирующий конденсатор 6.

Поскольку выходные обмотки 27 и 28 магнитно-транзисторного генератора развязаны диодами 35 и 36, а зарядный тиристор 5 закрыт, ток управления на основные тиристоры I и 2 не проходит и они находятся в закрытом состоянии. С выходных обмоток 25 и 26 генератора импульсы управления поступают через резисторы 29 и 30 и 5 конденсаторы 33 и 34 на управляющие входы коммутирующих тиристоров 3 и 4. При этом на тиристор 3 импульс управления поступает в открывающем направлении, а на тиристор 4 - в противоположном направлении.

Коммутирующий тиристор 3 открывается, но из-за отсутствия напряжения на коммутирующем конденсаторе 6 ток через него не проходит и инвертор продолжает находиться в исходном состоянии. При достиже5 НИИ напряжения на конденсаторе 40 значения порога срабатывания однопереходного транзистора 38 последний открывается и конденсатор 40 разряжается через переход эмиттер-база однопереходного транзистора 38 на управляющий вход тиристора 5. Тиристор 5

открывается и ток от источника питания через диод 46 и дроссель 7 начинает заряжать конденсатор 6. Одновременно под воздействием суммы напряжений источника питания и выходной обмотки 28 генератора 15 через

5 открытый тиристор 5, диод 36, резистор 32, секции 12 и 10 первичной обмотки трансформатора 8 протекает ток управления основным тиристором 2, который открывается. При этом, если напряжение на выходных обмотках 27 и 28 выбрано равным напряжению источника питания или больше его основной тиристор 1 остается закрытым, а ДИОД 35 смещенным в обратном направлении.

С открытием тиристора 2 напряжение питания оказывается приложенным к поло5 вине первичной обмотки трансформатора 8.

В связи с тем, что коммутирующий дроссель 7 во время заряжения конденсатора 6 запасает энергию, а затем отдает ее конденсатору, напряжение на коммутирующем конденсаторе 6 к концу заряжения достигает значения, близкого к удвоенному значению напряжения источника питания.

Как только конденсатор 6 зарядится, тиристор 5 закрывается, так как его прямой

5 ток становится меньщим удерживающего тока. При этом напряжение на тиристоре 5 становится близким к нулю, и конденсатор 40 в дальнейшем остается разряженным. В следующий Полупериод работы генератора 15 напряжение на выходных обмотках 25-28 изменяется по знаку на противоположное, и коммутирующий тиристор 4 открывается выходным напряжением обмотки 26. Через открытый тиристор 4 конденсатор 6 разряжается на секцию 10 первичной обмотки трансформатора 8, создавая в секциях 9 и 11 ЭДС больщую напряжения источника питания. Катодное напряжение тиристора 2 становится положительным, и он выключается. В процессе разряжения конденсатора б напряжение на тиристоре 5 возрастает и при полном, разряжении становится равным напряжению источника питания. Под действием этого напряжения заряжается конденсатор 40 и при достижении на нем напряжения срабатывания одиопереходного транзистора конденсатор 40 разряжается через управляющий переход тиристора 5, открывая его для очередного заряжения коммутирующего конденсатора 6. Одновременно через открытый тиристор 5 открывается основной тиристор I, так как напряжение обмотки 27 оказывается включенным согласно с напряжением источника питания, а обмотки 28- встречно. Отключением тиристора 1 напряжение питания оказывается приложенным к другой половине первичной обмотки трансформатора 8. В дальнейшем работа инвертора повторяется аналогично рассмотренному такту преобразования. Изменением значения сопротивления резистора 39, т. е. изменением постоянной времени RC-цепочки пороговой схемы, можно изменять в широких пределах задержку включения основных тиристоров инвертора, достигая устойчивой работы во всей области изменения нагрузки и напряжения питания. Кроме того, при значениях постоянной времени пороговой схемы, превышающих значение постоянной времени цепи разряда коммутирующего конденсатора можно получать регулируемые паузы в выходной цепи инвертора, т. е. регулировать выходное напряжение инвертора. Потребление энергии по цепям управления инвертором определяется, в основном, холостым ходом магнитно-транзисторного генератора, так как на управляющие входы тиристоров поступают только импульсы тока, определяемые постоянным времени RC-цепочек 29, 33 и 30 и 34, которые выбираются соизмеримыми с временем включения тиристоров и постоянной времени цепи заряда коммутирующего конденсатора. Потери энергии в цепи заряда коммутирующего конденсатора уменьщаются цепочкой, состоящей, из дросселя и диода. Потери энергии пороговой схемы незначительно превышают значительные энергии импульса, необходимого для открытия зарядного тиристора по управляющему входу. Формула изобретения 1. Однофазный автономный инвертор, содержащий два силовых тиристора, включенных между первым входным выводом и крайними выводами первичной обмотки силового трансформатора, средний вывод обмотки которого соединен со вторым входным выводом, два коммутирующих тиристора, одни выводы которых подключены к отпайкам первичной обмотки силового трансформатора, а другие соеди1 ены в общую точку, коммутирующий конденсатор, включенный между средним выводом первичной обмотки силового трансформатора и общей точкой коммутирующих тиристоров, зарядный тиристор, первый -ВЫВОД которого соединен со вторым входным выводом, а второй связан с общей точкой коммутирующих тиристоров, а также схему управления, имеющую генератрр с трансформаторо м; выходные обмотки которого связаны с управляющими переходами тиристоров, отличающийся тем, что, с целью упрощения надежности, последовательно с зарядным тиристором включены диод в прямом направлении и коммутирующий дроссель, анод и катод зарядного тиристора соединены со входом узла задержки выход которого связан с управляющим переходом зарядного тирцртора, причем две выходные обмотки трансформатора схемы управления связаны с управляющими переходами соответствующих коммутирующих тиристоров через дифференцируюц1ие цепочки, а две другие выходные обмотки соединены последовательно согласно, общая точка их соединена со вторым выводом зарядного тиристора, а крайние выводы связаны с управляющими электродами соответствующих силовых тиристоров резисторы и разделительные диоды. 2. Инвертор по п. 1, отличающийся тем, что узел задержки содержит регулируемую RC-цепочку, щунтирующую зарядный тиристор, и однопереходный транзистор, подключенный базами к аноду и управляющему электроду зарядного тиристора, а эмиттером - к точке соединения емкости и резис-, тора RC-цепочки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3935528, кл. Н 02 М 7/44 опублйк.27.01.79. 2.Полупроводники в преобразовательной технике. М.-Л., «Энергия, 1975, с. 290, рис. 148. 3.Авторское свидетельство СССР № 480164, кл. Н 02 М 7/52, 07.03.73.