Автономный инвертор Советский патент 1982 года по МПК H02M7/515 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в источниках электропитания для преобразования постоянного тока в переменный.

Известен автономный инвертор, содержащий соединенные между собой по мостовой схеме основные и отсекаюише вентили, вентили обратного тока, коммутирукщие конденсаторы, общий последовательный двухобмоточный коммутирующий дроссель, один конец каждой из обмоток которого соединен с общей точкой основных вентилей, а другой .с одним из выводов источника питания, а также последовательные цепи из диода и резистора, подключаемые дараллельно к обмоткам общего последовательного двухобмоточного коммутирующего дросселя. Кроме этого, известен также автономный инвертор, используемый в системах частотно-регулируемого привода, содержащий сое-, диненные между собой, например, по мостовой схеме основные и отсекающие веитили, вентили обратного тока, коммутирующие конденсаторы и дроссели, вентили и дроссели подзаряда, общий последовательный двухойлоточный коммутирующий дроссель, один конец каждой из обмоток которого соединен с общей точкой основных вентилей, а с одним иа выводов источника

с питания, последовательные цепи из диода и резистора, подключаемью к выводам обмоток двухобмоточного по следовательно кокмутирующего дросселя {11 .

.п Недостаток указанных (шверторов заключается в снижении КПД за счет накопления и рассеивания энергии в ксммутируюгцем охэсселе. Величина энергии, запасенной в когФчггнрукмяем дросселе,возрастает при увеличении

15 частоты инвертора. В результате этого возрастают потери энергии в инверторе, увеличивается загрузка вентилей и мощность ко мутирукнцих конденсаторов.

20

Наиболее близким к предлагаемому является автономный инвертор, который содержит соединенные между собой, например, по мостовой схеме, основные и отсекакяцие вентили, вентили об25paTHord тока, колвлутирующие конденсаторы и дроссели, общий последовательный кокелутирующий дроссель, один конец каядой из обмоток которого соединен с одним концом последова30тельной цепи из диода и резистора.

вентили и дроссели подзаряда, два развязывающих диода, каждый из которых соединен встречно-параллельно с диодом соответствующей из указанных цепей и подключен между одним из выводов источника питания и общей точкой вентилей обратного тока 2,

Недостаток такой схемы инвертора заключается в потерях мощности за счет рассеивания тепла на резисторах цепей возврата реактивной мощности коммутирующих конденсаторов, причем с увеличением частоты выходного напряжения потери увеличиваются.

Целью изобретения является повышение КПД устройства.

Указанная цель достигается тем, что автономный инвертор, содержащий соединенные между собой, например, по мостовой схеме основные и отсекающие вентили , вентили обратного тока, коммутирующие конденсаторы и дроссели, развязывающие диоды, каждый из которых соединен встречно-параллельно с ограничивающими диодами и подключен между общей точкой вентилей обратного тока и одним из соответствующих выводов для подключения источников питания, общий последовательный коммутирующий дроссель, один конец каладой из обмоток которого соединен с общей точкой основных вентилей, а щзугой - с выводом-для подключения источника питания, снабжен вентильным выпрямителем, собранным, например, по мостовой 2-х полупериодной схеме, и коммутирующим трансформатором, две первичные обмотки которого соединены последовательно с ограничивающими диодами и подключены ме58ду обгоими точками основных вентилей и вентилей обратного тока, а вторичная обмотка подключена в диагональ вентильного выпрямителя, выход которого подключен . к соответствующим вьюодам для подключения источника питания.

На чертеже дана приципиальная электрическая схема инвертора в в арианте трехфазного мостового преобразователя.

Схема включает основные венти- ли 1 - 6, отсекающие вентили 7-12, вентили обратного тока 13 - 18, ограничивающие диоды 19-20, развязывающие диодал 21-22, двухобмоточный последовательный коммутирующий дроссель 23, коммутирующий трансформатор 24, комглутирующие конденсаторы 2fe - 30, коммутирую 1Ше дроссели 31 36, вентили выпрямителя 37 40,

Основные вентили 1-6 соединены оследовательно с отсекающими ентилями 7-12 и вместе собраны по рехфазной мостовой схеме. Вентили братного тока 13-18 также собраны о трехфазной мостовой схеме. Ограичивающие диоды 19-20, первичные

обмотки коммутирующего трансформатора 24, совместно с коммутирующими конденсаторами 25-30, коммутирующими дросселями 31-36 образуют коммутационный колебательный контур. Индуктивное сопротивление первичных обмоток коммутирующего трансформатора 24 должно быть в 20-50 раз меньше индуктивного сопротивления двухобмоточного последовательного коммутирующего Q дросселя 23 на частоте коммутации, но достаточным для получения отрицательного напряжения на запираемых ос-: новных вентилях, эффектно влияющего на уменьшение времени выключения запираемых основных вентилей, Развязывающие диоды 21-22 и ограничивающие

диоды 19-20 предотвращают короткое замыкание индуктированной ЭДС последовательного двухобмоточного коммутирующего дросселя 23 через первичные обмотки коммутирующего трансформатора 24 и обеспечивают ограничение процесса перезаряда коммутирующих конденсаторов 25-30 одним полупериодом. Предлагаемое стройство по сравнению с известным позволяет энергно коммутирующих конденсаторов 25-30 не рассеивать на активных элементах схемы, а преобразовывать ее в энергию магнитного поля с помощью коммутирующего трансформатора и возвращать обратно в сеть. Вследствие этого, количество электроэнергии, потребляемой из сети, уменьшается, что приводит к повышению КПД предлагаемого

C инвертора, по сравнению с известным. Инвертор работает следующим образом. I

Пусть в данный момент времени ток проводят основные вентили 1 и б,

0 т.е. включены фазы А и С,коммутация тока происходит с основного вентиля 1 на основной вентиль 2. Во время работы основных вентилей,1 и 6 коммутирующие конденсаторы 25 и 26

5 заряжаются с полярностью заряда,

указанной на чертеже. При открывании основного .вентиля 2, практически мгновенно прекращается ток через основной вентиль 1. Все дальнейшие

Q процессы коммутирующего инвертора, связанного с перезарядом коммутирующих конденсаторов 25 и 26, подчинены следующим условиям: при коммутации основных вентилей 1-3 коммутиf рующие конденсаторы 28-30 не перезаряжаются, а перезаряжаются только коммутирующие .конденсаторы 25-27 и, наоборот, при коммутации основных вентилей 4-5 перезаряжаются коммутирующие конденсаторы 28-30 и не перезаряжаются коммутирующие конденсаторы 25-27; вентили обратного тока 18 и 14, проводившие ток к этому времени, а также вентил з обратного тока 13 оказываются открытыми;отсекающий

5 вентиль В до момента спада до нуля напряжения на коммутирующих конденсаторов 25-27 заперт. Выключение основного вентиля 1 после отпирания основного вентиля 2 происходит за счет того, что к коллекторно-эмиттерному переходу основного вентиля 1 прикладывается отрицательное напряжение коммутирующих конденсаторов по цепи: основной вентиль 2 - коммутирующий дроссель- 32 основной вентиль 1 - коммутирующий дроссель 31 - коммутирующий конденсатор 25. После спада до нуля тока основного вентиля 1 образуется колебательный контур перезаряда коммутирующих конденсаторов 25-27, состоящий из коммутирующего дросселя 31 отсекающего вентиля 7, вентиля обрат ного тока 13, ограничивающего диода 19, первичной обмотки коммутирующего транбформатора 24, основного вентиля 2, коммутирующего дросселя 3 За счет введения в цепь ограничиваю щего диода 19 протекание тока в этой цепи происходит в течение полупериода частоты коммутации. В этот полупериод к основному овентилю 1 прикла дывается отрицательное напряжение, равное падению напряжения на первич ной обмотке коммутирующего трансфор матора 24. Время, в течение которог отрицательное напряжение прикладыва ется к запираемому основному вентилю 1, необходимо ему для восстановления своих свойств. За время перезаряда коммутирующих конденсаторов 25-27 ток в последовательном двухоб моточном коммутирующем дросселе 23 практически не изменяется, а энерги электрического поля, запасенная в коммутирующих конденсаторах 25-21t преобразуется в электромагнитную энергию коммутирующего трансформато ра 24, который затем посредством вторичной обмотки коммутирующего трансформатора 24 через вентильный выпрямитель, выполненный на вентилях 37-30, возвращает его обратно в сеть. Когда напряжение на комму тирующих конденсаторах 25-27 проходит через нуль в дальнейшем станови ся положительным, происходит открывание отсекающего вентиля 8 и запирание вентиля обратного тока 13. В результате на протяжении коммутацио ного интервала ток в дальнейшем про водят основные вентили 2 и б, отсекающие .вентили 7, 8 н 12 и вент ли обратного ток.а 18 и 14. В зависи мости от коэффициента нагрузки ре жим ведения тока вентилями обратно го тока 13-18 может быть непрерывны и прерьшистыТЛ в пределах межкомглута ционного интервала. Заряд коммутиру щих конденсаторов 25-27 осуществляется практически постояннвлм током фазы А, который приблизительно раве амплитуде фазного тока. Заряд комм ирующих конденсаторов 25-27 до наряжения источника питания приводит запиранию отсекающего вентиля 7, рекращению коммутационного интерваа, запиранию вентиля обратного тоа 18 и переходу тока фазы А на вениль обратного тока 16. В предлагаеом устройстве по сравнению с известым реактивная энергия коммутирующих онденсаторов 25-30 не рассеивается а активных сопротивлениях устройста, .тем caMbtt-i снижая КПД преобразоателя, а возвращается обратно в сеть а счет введения в схему соответстующим образом соединенных коммутиующего трансформатора 24 и вентилього выпрямителя, собранного по 2-х олупериодной схеме на вентилях 37-40. . Таким образе применение указанноо автономного инвертора напряжения озволяет повысить КПД за счет снижеия количества энергии, потребляеой из сети. С увеличением рабочей астоты инвертора эффективность ин-. вертора пропорционально повышается, так как количество реактивной энергии коммутирующих конденсаторов, возвращаемое обратно в сеть, увеличивается. Формула изобретения Автономный инвертор, содержащий соединенные между собой по мостовой схеме основные и отсекающие вентили, вентили обратного тока, коммутирующие конденсаторы и дроссели, развязывающие диоды, каждый из которых соединен встречно-параллельно с ограничивающими диодами If подключен мемоду общей точкой вентилей обратного тока и одним из выводов для подключения источника питания, общий по следовательний коммутирующий дроссель, один конец каждой из обмоток которого соединен с общей точкой основных вентилей, а другой - с выводом для подключения источника питания,о тлич ающийся тем, что, с целью повышения КПД, он снабжен вентильным выпрямителем, собранным по 2-х полупериодной мостовой схеме, и коммутирующим трансформатором, две первичные овмотки которого соединены последовательно с органичивающими диодами и подключены между общими точками основных вентилей обраткюго тока,а вторичная обмотка включена в диагональ вентильного выпрямителя, выход которого подключен к соответствующим выводам подключения источника питания. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Глазенко Т.А., Гончаренко Р.Б. Полупроводниковые преобразователи частоты в электроприводах. Л., Энергия , 1969, с. 22, рис. 116, 2. Авторское свидетельство СССР № 588605, кл. Н 02 М 7/515, 1976.

39

ifQ

J 292

Ф