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

Изобретение относится к преобразова-тельной технике и может быть использовано для питания индукционных нагревательных установок, а для ультразвуковых технологических установок.: Известен мостовой последовательный Инвертор с включением нагрузки внутри вентильного моста, в котором за счет колебательного режима существенно снижаются скорости нарастания и спада тока управляемых вентилей и тем самым снижаются коммутационные потери, а за счет введения пауз между моментом окончания тока в проводящих вентилях и моментом отпирания очередных вентилей увеличивается время, предоставляемое для восстановления управляемости прямых вентилей 1. Однако при снижении сопротивления нагрузки резко возрастает напряжение на вентилях, достигая 8-10-кратного значения по сравнению с ритающим напряжением, а при увеличении сопротивления нагрузки резко снижается время, предоставляемое для восстановления управляемости прямых RPHTMJTPW Наиболее близким к предлагаемому является последовательный автономный инверг тор, содержащий два вентйльнЫх моста с. коммутирующими конденсаторами в дийго-J налях переменного тока и с коммутирующими дросселями, связанных через компенсирующие конденсаторы с фильтровым конденсатором и через фильтровые дроссели - со входными выводами f2j. В таком инверторе при увеличении сопротивления нагрузки время, предоставляе-; мое для восстановления управляемости, мог жет резко падать, причем восстановление управляемости прямых вентилей происходит при малом обратном напряжении, равном: прямому падению напряжения на встречных вентилях. Это затрудняет процесс восстановления управляемости и увеличивает его длительность. Поэтому верхний предел частот ограничен, а допустимые пределы изменения сопротивления нагрузки уменьшаются. Цель изобретения - расширение диапазонов изменения частоты и нагрузки. Поставленная цель достигается тем, что последовательный автономный инвертор, содержащий два вентильных моста с коммутирующими конденсаторами в диагоналях Переменного тока и с коммутирующими дросселями, связанных через компенсирующие конденсаторы с фильтровым конденсатором и через фильтровые дроссели - со входными выводами, снабжен трансформатором, дополнительными обратными и рекуперативными вентилями, а также датчиком тока рекуперативных вентилей, датчиком состояния нагрузки, задающим генератором и распределителем импульсов, причем каждый из коммутирующих дросселей включен последовательно с соответствующим вентилем одного из указанных мостов и снабжен вторичной обмоткой, причем вторичные обмотки дросселей противоположных плеч каждого моста соединены последовательно и через соответствующий дополнительный обратный вентиль подключены к общей точке соединения компенсирующего конденсатора с другим вентильным мостом, повыщающие отводы первичной обмотки трансформатора через соответствующие дополнительные рекуперативные вентили соединены с общей точкой мостов, датчик тока рекуперации включен в цени рекуперативных вентилей, датчик контроля нагрузки - в выходную цепь, причем выходы обоих датчиков подключены к соответствующим входам задающего генератора, выход которого через распределитель импульсов связан с управляющими переходами вентилей мостов. На чертеже приведена схема предлагаемого инвертора. Инвертор содержит вентильные мосты 1-8 с тиристорами, дополнительные вентили 9-12, причем венткЛьные мосты снабжены коммутирующими конденсаторами 13, 14, включенными в диагоналях мостов, коммутирующими дросселями 15-22, включен. ными в анодные цепи прямых вентилей 1-8 и имеющими вторичные обмотки 23-30, причем эти вторичные обмотки каждых двух синфазных коммутирующих дросселей включены последовательно между собой и полученные цепи одними выводами подсоединены к точке соединения фильтрового конденсатора 31 и фильтрового дросселя 32. Дроссели 32, 33 служат для связи фильтрового конденсатора 31 со входными выводами. Дополнительные вентили 34, 35 рекуперации излищней электромагнитной энергии из нагрузки в питающую сеть, которые могут быть как неуправляемыми, так и управляемыми, одними выводами подключены к точке сое. динения фильтрового конденсатора 31 .и фильтрового дросселя 33, соединенного с отрицательным полюсом источника питания, а вторыми выводами с крайними выводами первичных обмоток 36, 37 выходного трансформатора, имеющего вторичную обмотку 38. К промежуточным отводам первичной об мотки подсоединены компенсирующие конденсаторы 39, 40, ко вторичной обмотке 38 - нагрузка 41. В цепи вентилей 34, 35 включен датчик 42 тока,.в цепи нагрузки 41 - датчик 43 контроля нагрузки. Датчики связаны С задающим генератором 44 и распроделитолем 45. Инвертор работает следующим образом. При отпирании прямых вентилей I, 4 инвертора ток протекает по контуру: 31-36 и 39-15-1 - 13-4-18-31. При этом происходит перезаряд коммутирующего конденсатора 13. Напряжение на коммутирующих дросселях 15, 18 изменяет знак и, когда величина этого напряжения превысит сумму напряжений источника питания и напряжения части первичной обмотки 37 выходного трансформатора, открывается встречный вентиль 9. Через обмотку 37 протекает ток вторичных обмоток 23, 26 по контуру: 26- 23-9-37 и 40-31-26, который на обмотке 37 трансформатора обеспечивает ту же полярность напряжения, что и ток, протекавший до этого по обмотке 36. На этом заканчивается формирование первого полупериода выходного напряжения на нагрузке 41. Затем отпираются вентили 5, 8 противофазного вентильного моста и ток протекает по контуру :31-37 и 40-19-5-14-8- 22- 31. При этом происходит перезаряд коммутирующего конденсатора 14. и напряжение на коммутирующих дросселях 19, 22 меняет знак. Когда величина этого напряжения превысит сумму напряжений источника питания и напряжения на части первичной обмотки 36 выходного трансформатора, открывается встречный вентиль 11. Через обмотку 3(5 протекает ток вторичных обмоток 27, 30 по контуру: 30-27-11-36 и 29-31-30, которьш на обмотке трансформатора 36 обеспечивает ту же полярность напряжения, что и ток, протекавший до этого по обмотке 37. На этом заканчивается второй полупериод выходного напряжения на нагрузке 41. Для формирования третьего полупериода выходного напряжения отпираются вентили 2, 3 и ток вначале протекает по контуру 31-36 и 39-16-2-13-3-17-31, а затем по контуру: 25-24-10-37 и 40-31-25; для формирования четвертого полупериода выходного напряжения отпираются вентили 6, 7 и ток вначале протекает по контуру: 31-37 и 40-20-6-14-7-21-31, а затем по контуру: 29-28-12-36 и 39-31-29. После этого процессы повторяются. При работе с номинальным сопротивлением нагрузки для обеспечения достаточного обратного напряжения на вентилях I--8 инвертора отпайки первичных обмоток 36, 37 трансформатора выбираются таким образом, чтобы вентили 34, 35 рекуперации были закрыты питающим напряжением. В этом случае частота подачи управляющих импульсов вентилей инвертора, задаваемая генератором 44, корректируется датчиком 43 контроля состояния нагрузки 41 таким образом, .чтобы обеспечивать оптимальный режим инвертора. Если инвертор работает на нагру: ку, представляющую собой зашунтированный компенсирующей емкостью индуктор то в качестве датчика 43 может быть использован датчик угла сдвига между первыми гармониками тока и напряжения на нагрузке. В этом случае датчик 43 корректирует частоту генератора 44 таким образом, чтобьг поддерживать минимальный угол сдвига. Если инвертор работает на нагрузку, представляющую собой магнитосгрикционный или пьезокерамичесний преобразователь электрических колебаний в механические, то в качестве датчика 43 может быть использован датчик акустической обратной связи или комбинированный датчик угла и акустической обратной связи. В этом случае датчик 43 корректирует частоту генератора 44 таким образом, чтобы поддерживать максимально возможную амплитуду механиЧески;( колебаний. При возрастании сопротивления нагрузки выше номинального напряжение на нагрузке возрастает, что приводит к снижению обратного напряжения на вентилях I-8. Через диоды 34, 35 начинает протекать ток, при этом датчик 42 тока рекуперации корректирует частоту задающего генератора таким образом, чтобы уменьщить напряжение на нагрузочном трансформаторе и тем самым предотвратить снижение обратного напряжения на вентилях инвертора I-8. Таким образом, инвертор способен работать в широком диапазоне изменения эквивалентного сопротивления нагрузочного контура в пределе от О до холостого хода. За счет увеличения обратного напряжения на прямых вентилях инвертора обеспечивается ускорение процесса восстановления уп.равляемости вентилей и тем самым расширяется частотный диапазон схемы. За счет питания противофазных мостов инвертора от одного фильтрового конденсатора обеспечивается меньший уровень гармонических составляющих в токе питающей сети, что позволяет снизить габариты и стоимость фильтра. Включение коммутирующих дросселей в анодные цепи вентилей позволяет умеиьщить предельное напряжение на вентилях инвертора, так как при включении противофазной группы вентилей напряжение на выключенных вентилях определяется разностью напряжений на коммутирующем конденсаторе и на половине коммутирующего дросселя. Все это позволяет получить высокую надежность работы инвертора, выполненного по предлагаемой схеме, и обеспе чить улучшение массогабаритных показателей на 10-150/0. Формула изобретения Последовательный автономный инвертор, содержащий два вентильных моста с коммутирующими конденсаторами в диагоналях переменного тока н с коммутирующими дросселями, связанных через компенсирующие конденсаторы с фильтровым конденсатором и через фильтровые дроссели - со входными выводами, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазонов изменения частоты и нагрузки, он снабжен трансформатором, дополнительными обратными и рекуперативными вентилями, а также датчиком тока рекуперативных вентилей, датчиком состояния нагрузки, задающим генератором н распределителем импульсов, причем каждый из коммутирующих дросселей включен последовательно с соответствующим вентилем одного из указанных мостов и снабжен вторнчной обмоткой, причем вторичные обмотки дросселей, противоположных плеч каждого моста соединены последовательно и через соответствующий дополнительный обратный вентиль подключены к общей точке соединения компенснрующего конденсатора с другим вентильным мостом, повыщающие otвoды первичной обмотки трансформатора через соответствующие дополнительные рекуператнвные вентили соединены с общей точкой мостов, датчик тока рекуперации включен в цепи рекуперативных вентилей, датчик контроля нагрузки - в выходную цепь, причем выходы обоих датчиков подключеиы к соответствующим входам задающего генератора, выход которого через распределитель импульсов связан с управляющими переходами вентилей мостов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе i.. Беркович В. И. и др. Тиристорные преобразователи высокой частоты, М., «Энергия, 1973, с. 46, рис. 3-16а. 2. Авторское свидетельство СССР № 425283, кл. Н 02 М 5/42, 1971.