Высоковольтный регулируемый инвертор Советский патент 1982 года по МПК H02M7/515 

(5) ВЫСОКОВОЛЬТШЙ РЕГУЛИРУЕМЫЙ ИНВЕРТОР

1

Изобретение относится к преойразавательной технике и может найти применение в качестве источника питания высоковольтных потребителей .с широ КИМ диапазоном изменения частоты и мощности потребляемого тока например для питания индукционных электрометрических установок повышенной частоты.

Известен высоковольтный последовательный инвертор, содержащий несколько тиристорных мостов с коммутирующим контуром в диагонали пере- . менного тока, каждый из которых связан с последующим мостом по цепи переменного тока через диоды, по цепи постоянного тока через входные дроссели, а нагрузка включена последовательно с разделительным конденсатором в цепь переменного тока между анодной вершиной первого моста и катодной вершиной последнего моста. Последовательное соединение инвертирующих мостов по переменному гоку лозволяет повысить выходное напряжение в число раз равное числу мостов по сравнению с выходным напряжением одного Инвертирующего моста без повышения напряжения на элементах инвертора. Регулирование.выходного напряжения и мощности в известном инверто ре может осуществляться за счет изменения входного напряжения или частоты инвертирования при работе на нагрузочный колебательный контур fl}

to

Однако, диапазон регулирования при этом ограничен. . Известны автономные инверторы, содержащие инвертирующие мосты с

ts коммутирующими конденсаторами в диагоналях переменного тока, подключенные параллельно с цепочкой из последовательно -соединенных разделительного конденсатора, кбммутирующе20го дросселя и нагрузки к зажимам исг точника постоянного тока через входные дроссели, а также диодно-дроссельные цепочки, образующие с коммутирующими конденсаторами дополнительные разрядные контуры не содержащие нагрузку. Предварительный разряд коммутирующих конденсаторов через диодно-дроссельные цепочки позволяют регулировать выходное напряжение и мощность в широких пределах 2 и 3.

Однако выходное напряжение известных инверторов в номинальном режиме работы не превышает напряжения источника постоянного тока.

Наиболее близким по технической сути к изобретению является преобразователь частоты, содержащий тиристорный инвертирующий мост с коммутирующим конденсатором в диагонали переменного тока, подключенный параллельно с цепочкой из последовательно соединенных коммутирующего дросселя, разделительного конденсатора и выходных зажимов к зажимам постоянного тока мостового выпрямителя через входные дроссели в анодной и катодной цепях, а также автотрансформатор, вклю- 25 ченныи в диагональ переменного тока инвертирующего моста, при этом сред няя точка обмотки автотрансформатора соединена с нулевым выводом вторичной обмотки питающего трансформа тора. В этом.преобразователе (Коммутирующий конденсатор предварительно, при включении одного из двух тиристоров моста формирующих импуль тока в нагрузке, разряжается Через автотрансформатор на последовательные диодно-дроссельные цепочки, эле ментами которых являются диоды вы прямителя и входные дроссели. Изменяя время предварительного разряда коммутирующего конденсатора, можно в широких пределах регулировать выходное напряжение и мощность j.Jv Однако выходное напряжение извес ного инвертора в номинальном режиме работы не превышает напряжения исто ника постоянного тока, что усложняет условия согласования инвертора с высоковольтной нагрузкой, требует специальных согласующих устройств, что в свою очередь снижает КПД устройства. Целью изобретения является повышение КПД. Поставленная цель достигается тем, что инвертор, содержащий подкл ченную ко входным выводам через дроссели фильтра ячейку, состоящую

из тиристорного моста с параллельно включенными коммутирующим конденсатором и обмоткой автотрансформатора со средним выводом в диагонали переменного тока, причем параллельно мосту подключено две последовательные цепочки, состоящие первая из коммутирующего дросселя и разделительного конденсатора, а вторая из двух диодно-дроссельных цепочек, он снабжен дополнительными идентичными ячейками, подключенными каждая через дополнительные фильтровые дроссели ко входным выводам, причем средняя точка автотрансформатора каждой предыдущей ячейки соединена с общей точкой диодно-дроссельных цепочек последующей ячейки, а средняя точка обмотки автотрансформатора последней ячейки и общая точка диоднодроссельных цепочек первой ячейки образуют выходные выводы.

При таком соединении ячейки имеют общую цепь разряда коммутирующих конденсаторов через диодно-дроссельные цепочки на нагрузку, что позволяет увеличить напряжение на нагрузке в п раз (где п - число ячеек) по сравнению с выходным напряжен1 ем каждой ячейки за счет суммиров.ания напряжения на коммутирующих конденсаторах в цепи их разряда. На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого инвертора с числом ячеек п 2; на фиг. 2 осциллограммы импульсов управления, подаваемых на тиристоры инвертора iu(a), тока тиристоров (б) и тока в нагрузке 1ц(в). Высоковольтный регулируемый инвертор состоит из ячеек 1 и 2, содержащих мосты, выполненные на. тиристорах 3-10 с коммути(1ующими конденсаторами 11 и 12 в диагоналях переменного тока, и подключенные параллельно со своими цепочками из последовательно соединенных разделительных конденсаторов 13 и 1 и соответственно коммутирующих дросселей 15 и 16 к зажимам источника постоянного тока через фильтровые дрбссели 17-20, автотрансформаторы 21 и 22 с полуобмотками 23-26, включенные в диагонали переменного тока мостов, последовательные диодно-дроссельные цепочки, выполненные из диодов 27-30 1 дросселей ЗТ-З, включенные по две последовательно между вершинами каждого моста. при этом средний вывод обмотки автотрансформатора 21 первой ячейки соединен с общей точкой диодно-дроссел ных цепочек второй ячейки, а средний вывод обмотки автотрансформатора 22 второй ячейки и общая точка диоднодроссельных цепочек первой ячейки образуют выходные выводы, к которым подключена нагрузка 35 Инвертор работает следующим образом. В установившемся режиме работы к моменту времени t,, включения тиристоров 3 и 7, разделительные конденсаторы 13 и 1 заряжены до напряжения источника питания, а коммутирующие конденсаторы 11 и 12 заряжены до напряжения с полярностью, указанной на фиг. 1. Напряжение конденсаторов 11 и 12 равномерно делится по полуобмоткам 23-26 автотрансформаторов 21 и 22. При включении в момент времени t тиристоров 3 и 7 под дей ствием суммы напряжений на полуобмот ках 23 и 25 автотрансформаторов 21 и 22 в контуре тиристор 3 - полуобмотка 23 - диод 29 - дроссель 33 тиристор 7 - полуобмотка 25 нагруз ка 35 - диод 27 - дроссель 31 - тири тор 3 протекает импульс тока в направлении указанном на фиг. 1 стрелкой, конденсаторы 11 и 12 разряжаются при этом на обмотки автотрансформаторов 21 и 22. Затем в момент времени Ц включаются тиристоры 5 и 9 и в интервале времени л происходит коммутация тока с указанного контура,на два отдельных контура тиристор 3 - конденсаторы 11 - тйрис тор 5 - конденсатор .13 - дроссель 15 тиристор 3 и тиристор 7 конденсатор 12 - тиристор 9 - конденсатор 1 - дроссель 16, - тиристор 7. Конденсаторы 11 и 12 перезаряжаются по синусоидальному закону и в момент t перехода через ноль импульсов токов перезаряда этих конденсаторов тиристоры 3-9 выключаются. Затем в момент времени t. включаются тиристоры k и а в момент времени t. - тиристоры 6 и 10. При этом происходит аналогич ный процесс перезаряда коммутирующих конденсаторов 11 и 12 и в нагрузке 35 формируется очередной импульс тока в направлении указанном йа фиг. 1 стрелкой. К моменту времени tg очередного включения тиристоров 3 и 7 заканчивается полный цикл работы йнвертора, в течение которого в нагрузке сформировалось два полных периода выходного тока. Мощность в нагрузке определяется величиной интервалов времени t , tc- - tj разряда коммутирующих конденсаторов 11 и 12 через цепь нагрузки 35. Изменяя время задержки включения тиристоров 5 и 9 относительно 3 и 7 и тиристоров 6 и 10 относительно и 8, можно регулировать мощность в нагрузке от номинального значения до нуля, когда тиpиctopьl 3, 7 и 5i 9; , 5 и 6, 10 включаются одновременно. Выходное напряжение инвертора определяется суммой выходных напряжений каждой;из ячеек, так как последовательное соединение ячеек по выходному переменному току увеличивает воЛ новое сопротивление контура переменного тока в число раз равное числу ячеек при неизменной величине выходного тока, что позволяет подключить к инвертору нагрузку с сопротивлением в такое же число раз большим, чем номинальное сопротивление нагрузки одной ячейки и умножить тем самым выходное напряжение инвертора. Выбирая число последовательно соединенных ячеек по заданному сопротивлению нагрузки, можно согласовать инвертор с нагрузкой без дополнительных согласующих устройств и повысить КПД. В данном инверторе можно изменить направление тока в нагрузке 35, включая с опережением тиристоры катодной группы мостов по отношению к тиристорам анодной группы, например тиристоры 6 и 10 по отношению к тиристорам и 8 (фиг. 2 а). При этом импульс тока нагрузки замыкается в контуре тиристор 6 - дроссель 32 - диод 28 нагрузка 35 - полуообмотка 25 - тиристор 10 - дроссель 3 - диод 30 - гюлуобмотка 23 - тиристор 6, протекая через нагрузку в направлении противоположном,, указанному на фиг. 1 стрелкой. Этот импульс тока показан пунктирной линией на фиг. 2 а. Изменяя очередность предварительного включения тиристоров анодной группы 3-8 и катодной группы 5, 6, Э и 10 периодически с низкой частотой, можно сформировать в нагрузке кривую тока низкой частоты из полуволн тока номинальной частоты инвертора. Использование данного инвертора позволяет создать источники питания с широким диапазоном выходных напряжений и регулирования выходной мощности, которые находят применение для питания индукционных электротермических установок, а также других потребителей тока повышенной частоты.

Формула изобретения

Высоковольтный регулируемый инвертор, содержащий подключенную ко входным выводам через дроссели фильтра ячейку, состоящую из тиристорного моста с параллельно включенными коммутирующим конденсатором и обмоткой автотрансформатора со средним выводом в диагонали переменного тока, причем параллельно.мосту подключено две последовательные цепочки, состоящие первая - из коммутирующего дросселя и разделительного конденсатора, а вторая - из двух диодно-дроссельных цепочек, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, он

снабжен дополнительными идентичными ячейками, подключенными каждая через дополнительные фильтровые дроссели ко входным выводам, причем средняя точка автотрансформатора каждой предыдущей ячейки соединена с общей точкой диодно-дроссельных цепочек последующей ячейки, а средняя точка обмотки автотрансформатора последней ячейки и общая точка диодно-дроссельных цепочек первой ячейки образуют выходные выводы.

Источники информ ии, принятые во внимание при экспертизе

по заявке № 2702735, кл. Н 02 М7/515 1978.

. Авторское свидетельство СССР № 764065, кл. Н 02 М 7/515, 1978.

9ul.i fi.6(6,m 6,fo(. Д7

IPULZ S.9