Способ регулирования мощности инверторов с отсекающими диодами Советский патент 1982 года по МПК H02P13/18 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может найти применение в технике индукционного нагрева металлов..

Известен способ регулирования выходной мощности автономного инвертора путем изменения его напряжения питания. В этом случае инвертор питается от сети переменного тока через управляемой выпрямитель 1.

.Недостатком такого способа регулирования является понижение коэффициента мощности преобразовательной системы выпрямитель - инвертор, что при больших номинальных мощностях вызывает необходимость установки в сети косинусных конденсаторов.

Известен также способ регулирования выходной мощности автономного инвертора, который основан на использовании резонансных свойств нагру- .. зочного колебательного контура. Для получения номинальной мощности вы- . ходная частота инвертора подбирается- такой, чтобы в нагрузочном колебательном контуре, образованном акTHBHO-HHfiyKTHBHoa и емкостной параллельно cceдинeнны ш ветвями, обеспечивался резонанс токов.При этом эквивалентное сопротивление контура чисто

активное.При снижении частоты эквивалентное сопротивление нагрузочного контура становится активно-индуктивным, причем его индуктивная составляющая сначала возрастает, затем достигает максимума и далее уменьшается. Величина максимума эквивалентной индуктивности тем больше, чем выше добротность нагрузочного

10 контура 2.

Однако при использовании такого способа регулирования в инверторах с отсекакяцими диодами имеет место

15 увеличение уровня раскачки напряжения на вентилях и реактивных элементах на критической частоте, соответствующей максимуму величины эквивалентной индуктивности, что понижает

20 надежность работы инвертора.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является способ, заключающийся в изменении соотношения рабочей частоты

25 инвертора и собственной резонансной частоты инверторной 1епи 3.

Недостаток данного способа состо.ит в увеличении индуктивной реакции нагрузочного контура при понижении

30 частоты инвертирования, что влечет за собою возникновение перенапряжений на вентилях и снижение надежнос Целью данного изобретения являет ся повишение надежности работы тиристоров в инверторе с отсекающими диодами при частотном регулирова НИИ мощности, выделяемой в нагрузоч ном колебательном контуре, путем уменьшения перенапряжений. Поставленная цель достигается -те что при регулировании мощности путем изменения соотношения рабочей частоты инвертора и собственной резонансной частоты инверторной цепи сначала производят изменение собственной резонансной частоты инверторной цепи путем изменения емкости цепи, а затем изменяйт рабочую частоту инвертора. Таким образом, при регулировании мощности перед снижением частоты инвертирования производят перекомпенсацию нагрузки путем увеличения компенсирующей емкости. последующее же снижение частоты производят при заранее уменьшенной добротности. При.уменьшении добротности контура величина максимума индуктивной составляющей эквивалентного сопротивления также уменьшается, что обеспечивает возможность плавного снижения выходной мощности инвертора с допустимым уровнем раскачки напря жения на вентилях. На фиг. 1 представлена принципиальная схема последовательного автономного инвертора с отсекающими диодами; на фиг. 2 - пример реализа ции ключа для бесконтактного регули рования емкости компенсирующей батареи конденсаторов. Инвертор состоит из двух мостовых ячеек 1 и 2. Каждое плечо моста состоит из тиристоров 3-6 одной ячейки и тиристоров 7-10 другой яче ки. К диагоналям переменного тока ячеек 1 и 2 подключены коммутирующие конденсаторы И и 12. Мостовые ячейки 1 и 2 подключены к выводам источника питания 13 через дроссели 14-17 фильтра, причем конденсатора 18 и 19 фильтра,подключены через пе вичные обмотки 20 и 21 коммутирующи дросселей 22 и 23 параллельно указа , ным ячейкам 1 и 2 и выходным вывода образованным катодными группами ячеек 1 и 2. Вторичные обмотки 24 и 25 коммутирующих дросселей 22 и 23 через отсекающие диоды 26 и 27 подключены к фильтровым конденсаторам 18 и 19 ячеек 1 и 2. К выходным выводам инвертора подключена активно-индуктивная нагрузка 28-29, зашунтированная к омпонсирующей батаре ей конденсаторов 30. Вспомогательный конденсатор 31 подключается к основной батарее через ключ 32. Инвертор с отсекающими диодами снаб жен блоком 33 управления силовыми тиристорами, состоящим из последовательно соединенных задающего генератора 34 с регулятором 35 частоты, с помощью которого изменяют частоту инвертирования: формирователя 36 и распределителя 37, выходы которого соединены с управляющими электродами силовых тиристорюв инвертора. Компенсирующая батарея конденсаторов содержит вспомогательный конденсатор 31, подключенный к основному конденсатору 30 через встречно параллельные диод 38 и тиристор 39, управляющий электрод которого, зашунтированный переключателем 40 и резистором 41, подключен через диод 42 и пик-дроссель 43 к резистору 44 и вторичной обмотке насыщающегося трансформатора тока 45. Первич1ая обмотка трансформатора 45 включена в цепь основного конденсатора 30. Инвертор в квазиустановившемся режиме работает следующим образом. Пусть фильтровые и коммутирующие конденсаторы имеют полярность напряжения, указанную на фиг. 1, При подаче импульсов управления на тиристоры 3 и 5 ячейки 1 происходит перезаряд коммутирующего конденсатора 11 через первичную обмотку 20 коммутирующего дросселя 22 и нагрузку 28,29. При достижении максимума тока тиристоров 3 и 5 полярность напряжения на обмотках коммутирующего дросселя 22 меняется на противоположную и, как только это напряжение станет больше напряжения фильтрового конденсатора 19, опирается диод 26. и происходит сброс излишней реактивной энергии с коммутирующего дросселя 22 на конденсатор 19 филь- тра. Далее аналогично работают тиристоры 7 и 9 и диод 27, затем тиристоры 4 и б и диод 26, заканчивается цикл работой тиристоров 8 и 10 и диода 27, В ходе технологического процесса (например плавки металлов) приходится изменять мощность, отдаваемую инвертором в нагрузку. При частотном регулировании мощности, при снижении частоты, нагрузку можно рассматривать, как последовательное соединение индуктивности 28 и активного сопротивления 29. Но в схемах с отсекающими диодами не предусмотрен сброс излишней, реактивной энергии с нао рузки, а поэтому напряжение на элементах схемы будет повьвленным. Для устранения этого недостатка перед снижением частоты сначала производят увеличение емкооти коммутирующих конденсаторов, подключая к основной батарее конденсаторов 30 с помощью ключа 32 дополнительный конденсатор 31, а затем снижают частоту инвертирования. Бесконтактное ключевое уст1Юйство (фиг. 2) работает следующим образом. При прохождении тока конденсатора 30через нуль последний заряжается до амплитудного значения напряжения Если предшествующая полуволна тока имела направление, указанное на фиг. 2 стрелкой, то полярность напряжения на конденсаторе 30 соответствует обозначенной на фиг. 2 и является прямой для диода 38. Вследствие этого конденсатор 31 в рассматри ваемый момент времени должен быть заряжен до того же напряжения, что и конденсатор 30. При размыкании переключателя 40 в рассматриваемый момент времени на управляющий переход тиристора 39 поступает отпираюдий сигнал. Это обеспечивает присоединение коммутируемого конденсатора 31к основному конденсатору 30 через диод 38 и включающийся тирис гтор 39. Таким образом, изменение собствен ной резонансной частоты инверторной цепи путем изменения емкости конденсатора с последующим изменением частоты позволяет снизить перенапряжения на элементах инвертор и повысить его надежность. Формула изобретения Способ регулирования мощности инверторов с отсекающими диодами, заключающийся в изменении соотношения рабочей частоты инвертора и собственной резонансной частоты инверторной цепи,отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем уменьшения перенапряжений, сначала производят изменение собственной резонансной частоты инверторной цепи путем изменения емкости, а затем изменяют рабочую частоту инвертора. Источники информации, принятые во внимание при .экспертизе 1.Бедфорд Б,, ХоФт Р. Теория автономных инверторов. М., Энер- i гия , 1969, с. 165. 2.Там же, с. 168. 3.Там же, с. 168.