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

Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для индукционного нагрева, а также для питания ультразвуковых технологических установок. Известна схема последовательного инвертора с вентилями встречно-параллельного включения l .. Такая сх ма способна работать в области малы эквивалентных сопротивлений нагрузки, поскольку осуществляется рекуперация избыточной реактивной энергии, запасенной в коммутирующем кон туре посредством вентилей встречнопараллельного включения. Однако в области вь1соких значений сопротивле ния нагрузки происходит резкое .снижение времени, предоставляемого для восстановления управляемости прямых вентилей, что снижает устойчивость работы инвертора. Помимо этого на указанном интервале времени.к прямым вентилям приклсшывается малое обратное напряжение, что приводит к возрастанию времени, необходимого для восстановления управляемости прямых .ей и к снижению предель ной частоты инвертирования. Также иувестнд схема последовател кого инвертора 2, которая содержит два вентильных моста с коммутирующими конденсаторами в диагоналях переменного тока. Сброс избыточной реактивной энергии в этой схеме осуществляется непосредственно с коммутирующего дросселя на вспомогательные конденсаторы, включенные между выходными зажимами и отпайками фильтровых дросселей, связанных с положительным входным зажимом. В ряде случаев, когДа необходимо согласование параметров нагрузки, применяется выходной трансформатор, первичная обмотка которого подключена к выходным зажимам инвертора. Недостатком такой схемы является то, что для достижения наибольшего эффекта ограничения напряжения на элементах инвертора необходимо весь коммутирующий дроссель выносить из моста инвертора и охватывать контуром рекуперации, при этом к прямым вентилям в момент включения противофазных вентилей -прикладывается полное напряжение коммутирующего кон денсатора, которое оказывается все же высоким. Кроме того, для осуществления рекуперации излишней реактивной энергии с коммутирующего дросселя необходима установка вспомогательных конденсаторов,которые не участвуют в формировании импульса тока мостом инвертора, что приводит к возрастанию сто мости установленного оборудования и увеличения его габаритов, а ограниче ние напряжения на нагрузке на уровне равном напряжению на вспомогательных конденсаторах при конечном значении их емкости, недостаточно, что привод к резкому снижению- времени, представ ляемого для восстановления управлявмости прямых вентилей. Наиболее близким к предложенному инвертору является автономный инвертор з, содержащий связанный с вход ными выводами через дроссели фильтра два тиpиcтopныk моста с двумя TIOC ледовательнЬ соединенными через коммутирующие дроссели, подключенные к диагоналям переменного тока встречных вентильных мостовjкоммутирующими конденсаторами в диагоналях переменного тока, два фильтровых конденсато ра, первая обкладка каждого из которых соединена с анодной группой соответствующего тиристорного моста, а вторая - с анодной группой встречного вентильного моста, соединенного своей катодной группой с первой обкладкой дополнительного фильтрового конденсатора, вторая обкладка которо го подключена к катодной группе этого же.тиристорното моста. . , Недостатком такого инвертора является большая емкость конденсаторов, увеличивающая габариты-и стоимость.. Целью изобретения является удешев ление инвертора. Для достиж-ения этого инвертор з снабжен четырьмя дросселями и выходным трансформатором с четырьмя первичными обмотками, две из. которых соединены, каждая, одним концом с первой обкладкой дополнительного фильтрового конденсатора, а другим концом через один из указанных дрос селей - с анодной группой соответствующето тиристорного-моста, а дЬе другие первичные обмотки соединены, каждая, одним концом со второй обкладкой фильтрового конденсатора, а другим через другой из указанных дросселей - с катодной группой соот ветствующего тиристорного Mofijra, Кроме того, для повышения устойчивости при расширении функциональных возможностей инвертор снабжен четырьмя дополнительными в.ентилями, а первичные обмотки выходного трансформатора снабжены вольтодобавочны ми обмотками,. первые концы которых соединены с указанными другими концами первичных обмоток, а вторые ко цы двух из них через дополнительный вентиль, включенный в обратном направлении, соединены, кгикдый, со второй обкладкой дополнительного фильтрового конденсатора, образуя замкнутый контур, причем вторые конт цы двух вольтодобавочных обмоток через другой дополнительный вентиль соединены, каждый, с первой обкладкой соответствующего фильтрового конденсатора. На фиг.1 изображена схема инверtropa; на фиг.2 - то же, одномостовой вариант. ИнверторЧфиг. 1) содержит два ти- ристорных моста, собранных .на тиристорах 1-8, два встречных вентильных . на диодах 9-16. В диагонали тиристорных мостов включены коммутирующие конденсаторы 17-20 и коммутирующие дроссели 21, 22, причем каждый вентильный мост зашунтирован двумя цепочками, состоящими из коммутирующих дросселей 23-26, фильтровых конденсаторов 27-30, первичных обмоток 31-34, к вторичной Обмотке 35 выходного трансформатора подключена нагрузка 36. Тиристорные мосты связаны с входнЕлми выводами через дроссели 37, 38 фильтра, а выходными через дроссели 39, 4€ фильтра, а каждая первичная обмотка и фильтровой конденсатор зашунтированы дополнительными вентилями 41-44. Схема, изображенная на-фиг., работает следующим образом. В первом такте открываются тиристоры 1,2 и ток протекает по контурам: тиристор 1 - конденсатор 17 дроссель 21 - конденсатор 18 - тиристор 2 - дроссель 24 - первичная обмотка 32 - конденсатор 28 - тйрист.ор 1; тиристор 1 - конденсатор 17дроссель 21 - конденсатор 18 - тиристор 2 - конденсатор 27 - первичная обмотка 31 - дроссель 23 - тиристор 1. В формировании импульса тока через мост инвертора участвуют два фильтровых конденсатора 27, 28, ток которых протекает по первичным обмоткам выходного трансформатора и суммируется в нагрузке 36« Поскольку, ток через коммутирующие дроссели 23, 24 суммируется в диагональном коммутирующем дросселе 21, величина индуктивности последнего должна быть в два раза меньше, чем индуктивность коммутирующих дросселей, включенных последовательно с. фильтровыми конденсаторами, при этом напряжения на указанных дросселях окажутся равными и в момент включения.тиристоров 1,2 встречные диоды 9, 10 будут закрыты, поскольку в контуре: дроссель 21 - диод 9 - конденсатор 27 - дроссель 24 - первичная обмотка 32 диод 10 - дроссель 21 и контура: дроссель 21 - диод 9 .- первичная обмотка 31 - дроссель 23, конденсатор 28 - диод 10 - дроссель 21 напряжения на коммутирующих дросселях {полярность указана на фиг.1) взаимно коммутируются и к диодам 9 и 10 прикладывается обратное напряжение, равное питающему, до которого заряжены фильтровые конденсаторы 27, 28 Во второй половине полупериода тока когда напряжение на коммутирующих дросселях 21, 23 принимает полярность, указанную на Фиг.1 (в скобках) , и суммы этих напряжений -превышают напряжения на фильтровых кон денсаторах и первичных Обмотках выходного трансформатора, открываются встречные диоды 11, 12. С этого мом а прекращается ток моста инвертора прекращается перезаряд коммутирующи конденсаторов 17 18 на заданном уровне и протекает ток сброса избыточной реактивной энергии, запасенной в коммутирующих дросселях по контурам: дроссель 21 - диод 11 первичная обмотка 31 - дроссель 23 конденсатор 28 - диод 12 - дроссель 21; дроссель 21 - диод 11 - конден сатор - 27 - дроссель 24 - первичная обмотка 32 - диод 12 - дроссель 21. Ток сброса протекает .по первичным обмоткам выходного трансформатора в том же направлении, что и ток моста инвертора, что снижает уровень гармонически составляющих в выходном токе. Во втором такте открываются тири торы 5,6 и ток, протекает по контурам: конденсатор 29 - тиристор .5 конденсатор 19 - дроссель 22 -.конденсатор 20 - тиристор 6 - дроссель 25 - первичная обмотка 33 - конденсатор 29, конденсатор 30 первичная обмотка 34 - дроссель 26 - тиристор 5 - конденсатор 19 - дроссел 22 - койденсатор 20 - тиристор 6. .конденсатор 30, Во второйполовине полупериода тока под действием напряжения на дросселях 22, 25, 26 открываются диоды 15, 16 и ток сброса избыточной реактивной энергии в указанных дросселях протекает по контурам; дроссель 22 т диод 15 - конденсатор 30 - дро сель 25 .- первичная обмотка 33 диод 16 дроссель 23; дроссель 22 - диод 15 - первичная обмотка 34 - дроссель 26 - конденсатор 29 диод 16 - дроссель 22, .Во втором такте осуществляется формирование второй полуволны выходного тока, т.е. задва такта работы инвертора формируется полный период выходного тока. Симметричная подпитка нагрузки высокочастотным током шэзволяет существенно снизить уровень гармони ческих составляющих в выходном токе что обеспечивает устойчивую работу инвертора в условиях низкой добротности нагрузки или ее нелинейного характера, в последующих тактах работы, когда открываются тиристоры 3,4 и 7, 8у инвертор работает аналогично описанному, С ростом эквивалентного сопроти ления нагрузки возрастает выходное напряжение и напряжение на первичных обмотках выходного трансформатора, которое прикладывается к мостам инвертора. Критическое значение амплитуды этого напряжения при конечной кратности фильтровых конденсаторов,, когда время, предоставляемое для восстановления свойств управляемости тиристоров., резко снижается, составляет 0,8-0,9 от питающего напряжения. Для ограничения напряжения на первичных обмотках на заданном уровне дополнительные вентили 41-44 подключаются к вольтодобавочным обмоткам этих обмоток, Та,кое подключение позволяет ограничить амплитуду напряжения на первичной обмотке с вольтодобавочнЕЛми витками на уровне, равном питающему напряжению, при этом ток рекуперации энергии, запасенной в нагрузке, протекает по контурам: первичная обмотка 31 - конденсатор 27 - вентиль 41; первичная обмотка 32 - вентиль 42 конденсатор 28; первичная обмотка 33 - вентиль 43 - конденсатор 29; первичная обмотка 34 - конденсатор -30 - вентиль 44, В этом случае напряжение, которое прикладывается к мостам инвертора, составляет лишь часть питающего напряжения, которое можно регулировать соотношением витков первичной обмотки и вольтодобавочных витков. Формула изобретения 1. Последовательный автономный ийвертор, содержащий связанные с входными выводами через дроссели фильтра два тиристорных моста с двумя последовательно соединенными через Коммутирующие дроссели, подключенные к диагоналям переменного -тока встречных вентильных мостов, коммутирующими конденсаторами в диагоналях переменного тока, два фильтровых конденсатора, первая обкладка каждого из которых соединена с анодной группой соответственного тиристорного моста, а вторая - с анодной группой встречного вентильного моста, соединенного своей катодной группой с первой обкладкой дополнительного фильтрового конденсатора, вторая обкладка которого подключена к катодной группе этого же тиристорного моста, отличающийся.. тем, что, с целью удешевления, он снаб5кен четырьмя дросселями и выходным трансформатором с четырьмя первичными обмотками, две из которых соединены, каждая, одним концом с первой обкладкой дополнительного ильтрового конденсатора, а другим онцом через один из указанных дроселей .- с анодной группой соответствующего тиристорного моста, а две другие первичные обмотки соединены, каждая, одним концом со второй обкладкой фильтрового конденсатора, а другим через другой из указанныхдросселей - с катодной группой тиристорного моста.

2. Инвертор по п.1, от л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью повышения устойчивости работы при расширении функциональных возможностей, он снабжен четырьмя дополнительными вентилями, а первичные обмотки выходного трансформатора снабжены вольтдобавочными обмотками, первые концы которых соединены с указанными другими концами первичных обмоток, а вторые концы двух из них через.дополнительный вентиль, включенный в обратном направлении, соединены, каждый, со второй обкладкой дополнительного фильтрового конденсатора, причем вторые концы двух других вольтодобавочных обмоток через другой дополнительный вентиль соединены, каждый, с первой обкладкой фильтрового конденсатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

-1. Авторское свидетельство СССР № 486439, кл. Н 02 М 7/537, 1971.

2.Авторское свидетельство СССР № 647817, кл. Н 02 М 7/515, 1979.

3.Авторское свидетельство СССР

5 по заявке № 2730527,кл. Н 02 М 7/515, 1979,

пг гт

К

у«

г«

6i7 Н1тн

W

л

-)

24 W

3S

.37

а а 4

39

HI

Й«

гу ут