Последовательный инвертор Советский патент 1982 года по МПК H02M7/515 

(54) ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ ИНВЕРТОР

1

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть применено при разработке источников питания для электротермических установок.

Известен автономный последовательный инвертор, содержащий подключенный через дроссели фильтра к входным зажимам вентильный мост с коммутирующими конденсатором и дросселями; подключенную параллельно мосту последовательную цепь из нагрузки и двух фильтровых конденсаторов, а также двух диодов, каждый из которых подключен между общей точкой нагрузки и фильтрового конденсатора и между зажимом другого фильтрового конденсатора, причем в вентильном мосту параллельно тиристорам подключены встречно-параллельные вентили. Выходное напряжение по амплитуде ограничено на уровне 0,5 от напряжения источника питания, что существенно изменяет возможный диапазон изменения сопротивления нагрузки (от короткого замыкания до пустого состояния индуктора) }.

Однако-такой инвертор имеет недостатки, такие как: ухудшенные условия для восстановления управляемости тиристоров и заниженные значения выходного напряжения. Первый недостаток устраняется при выполнении инвертора без встречно-параллельных вентилей, но при этом резко ухудщаются выходные характеристики инвертора. Второй недостаток характерен для данной схемы ограничения выходного напряжения.

Известен последовательный инвертор с обратной связью по напряжению. В нем последовательно с вентильными мостами вклю,Q чены двухобмоточные коммутирующие дроссели, вторичные обмотки которых через встречные вентили и нагрузку связаны с источником питания, что ограничивает возможные перенапряжения на элементах инвертора при уменьщении сопротивления нагрузки.

15 Улучшены условия для управляемости тиристоров, так как нет встречно-параллельных вентилей 2.

Недостаток инвертора в том, ч-io отсутствует ограничение выходного напряжения

2Q при увеличении сопротивления нагрузки сверх номинальной величины, что снова приводит к срыву инвертирования из-за уменьшения времени для восстановления управляемости тКристоров.

Наиболее близким к предлагаемому является последовательиый инвертор, содержащий подключениые к входным зажимам через фильтровые дроссели фильтровый конденсатор и тиристорный мост, в диагональ переменного тока которого включены два коммутирующих конденсатора, соединенных последовательно через выходные зажимы, связанные промежуточными выводами нагрузкн, защунтированной компенсирующим конденсатором, содержащий также обратный вентильный мост, коммутирующие дроссели и встречные вентили 3.

В этой схеме инвертора требуется два основных фильтровых конденсатора, каждый из которых включен последовательно с коммутирующим дросселем, и один дополнительный фильтровый конденсатор, включенный между промежуточными выводами двух фильтровых дросселей, соединенных с соответствующими входными зажимами. 1В таком инверторе требуются увеличенные емкости фильтровых конденсаторов, так как в режиме высоких выходных напряжений во время протекания импульсов тока разряжаются только основные фильтровые конденсаторы, а по цепям ограничения выходного напряжения через обратный вентильный мост заряжается дополнительный фильтровый конденсатор. Чтобы работа тора была устойчивой, нельзя кать значительного увеличения Тнапряжения на дополнительном фильтровом конденсаторе при одновременном значительном разряде основных фильтровых кбнденсаторов, иначе расщирение функциональных возможностей инвертора и повыщение его надежности за счет обеспечения устойчивоети коммутации вентилей будут недостаточными, и предельно возможная выходная мощность инвертора будет ограннчена. Энергия дополнительного фильтрового конденсатора не используется для формирования импульса тока через вентильный мост, что ведет к недостаточно эффективному использованию фильтровых конденсаторов. Чтобы устранить указанные недостатки целесообразно использовать один фильтровой конденсатор, энергия которого использовалась бы для формирования импульса тока через тиристориый мост, и возвращаемая с нагрузки избыточная энергия накапливалась бы в нем же. Это позволило бы еще больще расщирнть функциональные возможности инвертора, т.е. расширить диапазон изменения нагрузки. Цель изобретения - повыщение эффективности использования установленного оборудования и расширение диапазона изменения нагрузки. Для достижения поставленной цели в инверторе, содержащем подключенные к входным зажимам через фильтровые дроссели фильтровый конденсатор и тиристорный мост в диагональ переменного тока которого включены два коммутирующих конденсатора, соединенных последовательно через выходные зажимы, подключенные к промежуточным выводам нагрузки, зашунтнрованной компенсирующим конденсатором, обратный вентильный мост, выводы постоянного тока которого подключены к фильтровому конденсатору, а выводы переменного тока - к нагрузке, соединенной указаннымн промежуточными выводами с выводами переменного тока моста встречных вентилей, а также коммутирующие дроссели, коммутирующие дроссели выполнены двухобмоточнымй, а активно-индуктивная нагрузка выполнена с двумя дополнительными крайними промежуточными выводами, соединенными с выводами переменного тока обратного вентильного моста, а первичные обмотки дросселей каждый двух последовательно соединенных плеч тиристорного моста соединены с обкладками конденсатора фильтра и включены последовательно со встречными вентилями, подключенными через коммутирующий конденсатор к двум другим последовательно соединенным плечам тиристорного моста. На чертеже приведена схема устройства. Тиристоры 1-4 образуют тиристорный мост инвертора, коммутирующие конденсаторы 5 и 6, и между ннми присоединенная через средние промежуточные выводы активно-индуктивная нагрузка 7 (например индуктор) и присоединенный параллельно нагрузке компенсирующий конденсатор 8 включены в диагональ переменного тока тиристорного моста. Обратный мост из вентилей 9- 12 диагональю переменного тока подключен к крайним промежуточным выводам нагрузки, Оба моста диагональю постоянного тока подключены к фильтровому конденсатору 13 {, церез фильтровые дроссели 14 и 15 к положительному и отрицательному входным зажимам. Последовательно с тиристорами .включены первичные обмотки 16-19 коммутирующих дросселей. Их вторичные обмотки 20-23 одним выводом соединены с соответствующими положительнымн или отрицательными обкладками фильтрового конденсатора, а вторыми выводами через встречные вентили 24-27 с тем выходным зажимом, который через конденсатор 5 или 6 соединен с общей точкой тиристоров 1, 2 или 3, 4 противоположных плеч моста. Инвертор работает следующим образом. Предварительно заряжается конденсатор 13. Тиристоры 1, 4 и 3, 2 отпираются попарно поочередно. При номинальном режиме импульсы высокочастотного тока протекают по цепям конденсатор 13 - обмотка 16 - тиристор 1 - конденсатор 5 - нагрузка 7 и конденсатор 8 - конденсатор 6 - тиристор 4 - обмотка 19 - конденсатор 13 или конденсатор 13 - обмотка 18-тиристор 3 - конденсатор 6 - нагрузка 7 н конденсатор 8 - конденсатор 5 - тиристор 2 - обмотка 17 - конденсатор 13, в зависимости от того, какие тиристоры открыты. Через нагрузочный контур 7 и 8 протекает переменный высокочастотный ток. При снижении сопротивления нагрузки ниже номииального значения увеличиваются напряжения на конденсаторах 5 и 6 и дросселях 16-19. Если суммарное напряжение на центральных выводах нагрузки 7 и на вторичных обмотках 20, 23 или 22, 21 при этом окажется выше напряжения на фильтровом конденсаторе 13, открываются соответствующие встречные вентили 24, 27 или 25, 26 и ток возврата избыточной реактивной энергии из контура коммутации потечет обратно в источник питания (в конденсатор 13) по цепям обмотка 20 - конденсатор 13 - обмотка 23 - вентиль 27 - нагрузка 7 и конденсатор 8 - вентиль 24 - обмотка 20 или обмотка 22 - конденсатор 13 - обмотка 21вентиль 25 - нагрузка 7 и конденсатор 8 - вентиль 26 - обмотка 22. В нагрузке 7 и конденсаторе 8 ток по напряжению совпадает с током тиристорного моста, выделяя в ней дополнительную полезную мощность, что одновременно повышает КПД инвертора, а время для восстановления управляемости тиристоров сохраняется. При увеличении сопротивления нагрузки увеличивается выходное напряжение (и напряжение на промежуточных выводах нагрузки). Если при этом напряжение на крайних промежуточных выводах нагрузки окажется равным напряжению на конденсаторе 13, открываются вентили 9, 12 или 10, 11 обратного моста, и дальнейший рост выходного напряжения прекращается, что исключает возможное снижение времени, представляемого в схеме для восстановления управляемости тиристоров. Без обратного вентильного моста при увеличении сопротивления нагрузки время для восстановления управляемости тиристоров могло бы снизиться до нуля, и инвертор перестал бы работать - произошел бы срыв инвертирования. Формула изобретения Последовательный инвертор, содержащий подключенные к входным зажимам через фильтровые дроссели фильтровый конденсатор и тиристорный мост, в диагональ переменного тока которого включены два коммутирующих конденсатора, соединенных последовательно через выходные зажимы, подключенные к промежуточным выводам нагрузки, зашунтированной компенсирующим конденсатором, обратный вентильный мост, выводы постоянного тока которого подключены к фильтровому конденсатору, а выводы переменного тока - к нагрузке, соединенной указанными промежуточными выводами с выводами переменного тока моста встречных вентилей, а также коммутирующие дроссели, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности использования установленного оборудования и расширения диапазона изменения нагрузки, коммутирующие дроссели выполнены двухобмоточными, а активно-индуктивная нагрузка выполнена с двумя дополнительными крайними промежуточными выводами, соединенными с выводами переменного тока обратного вентильного моста, а первичные обмотки дросселей включены последовательно с тиристорами моста, причем вторичные обмотки дросселей каждых двух последовательно соединенных плеч тиристорного моста соединены с обкладками конденсатора фильтра и включены последовательно с встречными вентилями, подключенными через коммутирующий конденсатор к двум другим последовательно соединенным плечам тиристорного моста. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 535695, кл. Н 02 М 7/515, 1973. 2.Авторское свидетельство СССР № 613466, кл. Н 02 М 7/72, 1972. 3.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2856484/07, кл. Н 02 М 7/515, 1979.