Последовательный инвертор Советский патент 1981 года по МПК H02M7/515 

(54) ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ ИНВЕРТОР

I

Изобретение относится к вентильным преобразователям и предназначено для необратимого преобразования постоянного тока на входе в переменный ток высокой частоты на выходе. Инвертор предназначен для использования в преобразователях частоты и может -быть применен для питания током высокой частоты однофазной переменной нагрузки, например индукционной нагревательной установки дли стали, эквивалентное сопротивление которой, как известно, в процессе нагрева стальной заготовки меняется в широких пределах.

По основному авт. св. № 561266 известен инвертор, содержащий тиристорные мосты, соединенные попарно последовательно через соответствующие им коммутирующие индуктивности, промежуточные отпай|(И которых через обратно включенные тиристоры соединены с общей точкой соответствующих двух входных последовательных LC-фнльтров, а коммутирующие конденсаторы, включенные в диагонали тиристорных мостов {I.

Нагрузка подключена к выходным выводам, образованным общими точками каждых двух последовательно соединенных коммутирующих индуктивностей. Такой инвертор на относительно более высокой частоте может питать переменную нагрузку, cotipoтивление которой изменяется от нуля до некоторой номинальной величины. При увеJ личении сопротивления сверх номинальной величины инвертор перегружен, ч.то сопровождается резким снижением времени для восстановления управляемости тиристоров и приводит к нарушениям его работы. Это существенный недостаток описанного ипверto тора,

/

Цель изобретения - повышение надежности инвертора при перегрузках.Поставленная цель достигается тем, что инвертор снабжеп двумя вспомогательными 15 тиристорами, двумя нелинейными дросселями и последовательной цепочкой, включенной между общими «точками входных последовательнь1Х LC-фильтров и состоящей из двух дросселей и двух конденсаторов, точка соединения которых подключена к первому выходному вывОлЧу, а каждая точка соединения конденсатора с дросселем noCvieAcnjartMbной цепочки подключена ко второму выходному выводу через соответствующие поемедовательно соедцнеиные нелинейный дроссель и вспомогательный тиристор.

На чертеже представлена схема инвертора.

Инвертор содер { ит тиристорные мосты 1-4 с коммутирующими конденсаторами 5-8 в диагоналях переменного тока, подключенные ко входным выводам через последовательные LC-фильтры, состоящие из фильтровых дросселей (индуктивностей) 9 и 10 и фильтровых конденсаторов 11 и 12. Мосты соединены попарно через коммутирующие дроссели (индуктивности) 13-16, к которым подключена нагрузка 17, к промежуточным отпайкам дросселей 13-16 подключены дополнительные тиристоры 18-21, а между общими точками LC-фильтров включена последовательная цепочка, состоящая из дросселей 22 и 23 и конденсаторов 24 и 25, кроме того, инвертор содержит нелинейные дроссели 26 и 27 и вспомогательные тиристоры 28 и 29. Нагрузка 17, в частности, может представлять собой нагрузочный колебательный контур с переменными параметрами (например, индуктор, за шунтированный компенсирующим конденсатором).

Инвертор работает следующим образом.

Предварительно от источника питания через дроссели 9 и 10 заряжаются конденсаторы II и 12. Тиристоры.в мостах отпираются попарно поочередно и через них и через соответствующие конденсаторы 5-8 протекают импульсы высокочастотного тока.

Так, при отпирании тиристорных мостов I, 4 ток протекает по цепи: 11 - I -13-17- 16-4-12-II. Импульс тока через нагрузку 17 протекает слева.направо. После прекращения этого импульса тока отпираются тиристорные мосты 24, при этом в контуре инвертора ток протекает по цепи: П-2-14- 17-15-3-12-11. Импульс тока через нагрузку 17 протекает справа налево, т.е. сменил направление. Затем снова отпираются мосты 1, 4 и процесс повторяется аналогично описанному. Направление тока в нагрузке каждый раз меняется, т.е. через нее течет переменный ток. Описанный принцип работы имеет место при номинальной нагрузке.

При снижении сопротивления нагрузки возрастает напряжение на всех реактивных элементах схемы инвертора, в том числе на коммутирующих индуктивностях 13-16 и их частях (относительно отпаек). Если суммарное напряжение на частях двух индуктивностей, связанных с нагрузкой, и на aгрузке окажется больще, чем суммарное напряжение на конденсаторах II и 12, то при отпирании тиристоров 19, 20 или 18, 21 через них будет протекать рекуперационный TOJi. возвращающий избыточную реактивную Энергию из контура коммутации инвертора обратно в источник питания. Это предотвращает перенапряжения в инверторе и обес печнвает нормальную его работу при изменениях сопротивления нагрузки от нуля (короткое замыкание) до номинальной величины. При этом обратный ток протекает по цепям: 20-11 -12-19-14-17-15-20 или .21 - 11 - 12-18-13-17-16- 21. Эти импульсы обратного тока в нагрузке совпадают с импульсами основного тока мостов, выделяя в ней дополнительную полезную мощность и повыщая КПД инвертора.

Увеличение сопротивления нагрузки 0 сверх номинальной величины привело бы к перегрузке инвертора и к нарушению его работоспособности из-за снижения времени для восстановления управляемости тиристоров мостов. Это наблюдается при напряжении на нагрузке выще номинального, когда обратное напряжение на тиристорах мостов преждевременно становится положительным, а они еще не восстановили электрическую прочность в прямом направлении. Чтобы обеспечить устойчивую работу инвертора при перегрузках, т.е. при увеличении сопротивления нагрузки выще номинальной величины, необходимо ограничивать напряжение не только на реактивных элементах (на коммутирующих индуктивностях), но и выходное напряжение на нагрузке 17 на определенном допустимом максимальном уровне. Каждый дополнительный конденсатор 24 и 25 через дроссели 22 и 23 заряжен до половины напряжения источника питания. При отпирании тиристоров 28 и 29 напряжение на нагрузке 17 через нелинейные дроссели 26 или 27 будет ограничиваться (с учетом падения напряжения на этих дросселях) на уровне напряжения на конденсаторах 24 или 25, т.е. на уровне 0,5 от напряжения источника питания. При таком огра5 ниченин выходного напряжения на нагрузке время для восстановления управляемости тиристоров мостов становится достаточным для их нормальной работы, и инвертор становится работоспособным даже при значительных увеличениях сопротивления нагрузки до бесконечности. При этом избыточная энергия из нагрузки 17 (из контура нагрузки) возвращается в источник питания через дроссели 22 и 23 от конденсаторов 24 и 25, подзаряжаемых от нагрузки через тиристоры 28 и 29 и дроссели 26 и 27 (в зависимости от полярностинапряжения на нагрузке). Применение управляемых вентилей 28 и 29 (тиристоров) и нелинейных дросселей 26 и 27 позволяет ограничивать выходное напряжение на оптимальном уровне, что сохраняет максимально возможную мощность инвертора и необходимое время для восстановления управляемости тиристоров, что сохраняет надежность . работы инвергора.

5 В данном инверторе по сравнению .с известным выходное напряжение по амплитуде ограничено на допустимом максимальном уровне, что исключает чрезмерное снижение

времени восстановления управляемости тиристоров и сохраняет работоспособность инвертора при перегрузках. Становится возможным от инвертора питать переменную нагрузку, сопротивление которой изменяется от нуля до величины, значительно превышающей номинальную. Расширяется область его применения, что становится возможным благодаря улучшению их выходных характеристик. Тиристоры 28 и 29 позволяют регулировать режимы работы инвертора и поддерживать мощность на оптимальном или максимальном уровне. Благодаря этому повышена средняя выходная мощность инвертора при переменной нагрузке, что повышает производительность питаемого оборудования. Упрощается его эксплуатация. Перечисленные преимущества являются определяющими для получения экономического, эффекта.

Наибольший экономический эффект можно ожидать от увеличения производительности питаемого оборудования за счет увеличения средней мощности, например при циклическом нагревании заготовки. Для аналогичных преобразователей частоты средней мощности (100-120 кВт) при введении цепей для ограничения выходного напряжения увеличение средней мощности возможно . примерно в 1,6-2 раза.

Последовательный инвертор может найти применение во вновь разрабатываемых или модернизируемых, тиристорных преобразователях частоты, предназначенных, например, для питания индукционных нагревательных установок для стали на автомобильных или машиностроительных заводах;

Формула изобретения

Последовательный инвертор по авт.

св. № 561266, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности при перегрузках он снабжен двумя вспомогательными тиристорами, двумя нелинейными дросселями. и последовательной цепочкой, включенной

между общими точками входных последовательны;с LC-фильтрбв и состоящей из двух дросселей и двух конденсаторов, точка соединения которых подключена к первому выходному выводу, а каждая точка соединения конденсатора с дросселем последовательной

цепочки подключена ко второму выходному выводу через соответствующие последовательно соединенные нелинейный дроссель и вспомогательный тиристррИсточники информации, принятые во вннмание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 561266, кл. Н 02 М 7/515, 1971.