Преобразователь постоянного тока в переменный Советский патент 1982 года по МПК H02M7/515 

(5) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

В ПЕРЕМЕННЫЙ

Изобретение относится к преобразо1 вательной технике, а именно к вентильным преобразователям частоты для электротехнологии. Оно может быть использовано при разработке преобразователей звуковой и ультразвуковой частоты для питания установок индукционного нагрева металлов и ультразву ковой технологии, которые находят широкое применение в машиностроении, металлургической промышленности, трубосварке и т.п. i Известно, что схема любого преобразователя постоянного тока в перемен ный включает в себя силовые элементы (тиристоры, диоды, конденсаторы, катушки и т.д.) и вспомогательные цепи, обеспечивающие снятие перенапряжений, подавление высокочастотных колебаний в моменты коммутаций силовых вентилей и ограничивающие скорость нарастания напряжения на тиристорах вентилЬных ячеек преобразователя, что необходиймо -для устойчивой работы преобразователя 1J. Обычно демпфирующие цепи состоят из резисторов и конденсаторов, величины которых зависят от параметров силовой схемы преобразователя, его рабочей частоты и свойств вентилей (тиристоров, диодов) силовой ячейки. Применение таких RC-цепей приводит к следующим недостаткам; значительная мощность резисторов RC-цепей на средних (звуковых) и ультразвуковых частотах и, как следствие, значительные размеры и вес этих устройств; нагрев силовых тиристоров преобразователя, обусловленный тем, что для лучшего демпфирования паразитных колебаний и ограничения скорости нарастания напряжения на тиристорах в RC-цепях обычно используют малые по величине безиндуктивные резисторы, но при этом ток разряда демпфирующих конденсаторов велик, а с.ко336рость нарастания тока в момент включения тиристоров преобразователя ничем не ограничивается; снижение КПД преобразования,особенно на ультразвуковых частотах, когда мощность RC-цепей становится соизмеримой с мощностью преобразователя. Стремление в какой-то степени преодолеть эти недостатки привело к поRC-цепей, в состав которых кроме резисторов и конденсаторов входят и диоды 2, Наиболее близким по технической рущности к предлагаемому является (Преобразователь постоянного тока в переменный. Этот преобразователь содержит инверторный мост на тиристора с обратными диодами, в одну диагонал которого включены коммутирующий конденсатор и индуктивность, а в другую - разделительная емкость, сглаживающий дроссель и нагрузочный контур, состоящий из индуктора, зашунтиров%1ного емкостью.. К источнику пи тания инвертор подключен через входной дроссель. Параллельно каждому силовому тиристору и обратному диоду, образующим силовую вентильную ячейку присоединены демпфирующ.ие цепи, обра зованные диодами и конденсаторами без резисторов. Заряд конденсаторов этих цепей осуществляется через диоды, а разряд, помимо силовых вентиль ных ячеек - через вспомогательные тиристоры и повышающие трансформатор вторичные обмотки которых через диод подключены на разделительную емкость преобразователя, причем, вспомогател ные тиристоры должны включаться одно временно с соответствующими тиристо.рами силовых ячеек 31. Схема прототипа имеет следующие недостатки: колебательный процесс заряда конденсаторов демпфирующих це пей, что вызывает вдвое больший скачок напряжения на вентильной ячейке в момент запирания силовых вентилей; невозможность разряда демпфирующих конденсаторов на интервале от выключения обратных диодов до очередного :включения тиристоров; процесс разряд демпфирующего конденсатора при условии, что вспомогательный трансформатор является повышающим и всегда име ет определенную индуктивность рассея ния, также носит колебательный .характер. Однако, этот конденсатор не может перезарядиться, так как при ЭТОМ сразу же включится зарядный диод демпфирующей цепи, и ток первичной обмотки трансформатора замкнется через силовую вентильную ячейку преобразователя . Цель изобретения - устранение указанных недостатков. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе постоянного тока в переменный,, содержащем инвертирующий мост на тиристорах, шунтированных обратными диодами, подсоединенный к выводам для источника питания сглаживающий LC-фильтр, причем в диагонали переменного тока подключен коммутирующий конденсатор, а коммутирующие дроссели подключены последовательно с каждым из тиристоров, и выходные выводы через раздёлительный конденсатор связаны с диагональю постоянного тока указанного моста, параллельно каждому из тиристоров и обратных диодовподключена демпфирующая цепочка, состоящая из последовательно соединенных диода, резистора и конденсатора, параллельно каждой цепочке из демпфирующих диода и резистора подключены через диоды первичные обмотки вспомогательных трансформаторов, вторичные обмотки которых соединены попарно-последовательно и через развязывающие диоды подключены к конденсатору LC-фильтра. Схема устройства приведена на чертеже. Преобразователь состоит из инверторного моста с силовыми вентилями (тиристорами) 1- и обратными диодами , коммутирующего конденсатора 9, коммутирующих дросселей 10-13. К источнику питания, например выпрямителю, инвертор подключен через входной дроссель 1. Через разделительный конденсатор 15 к выходу преобразователя подключается нагрузка 16. Это может быть индукционный нагреватель, магнитострикционный преобразователь. и т.п. Реактивную составляющую сопротивления нагрузки необходимо скомпенсировать. В устройство входят также демпфирующие цепи, состоящие из зарядных диодов , резисторов ZI-Z, конденсаторов 25-28, разрядных трансформаторов (например воздушных), первичные обмотки 29-32 которых через диоды включены параллельно соответствующим цепочкам: зарядный |диод (17-20)-- резистор (21-Zi), а вторичные обмотки 37-АО соединены ;попарно-последовательно и через раз вязывающие диоды 41 и k2 подсоедине |ны к фильтровому конденсатору 43, который включен на входе преобразо |вателя. I Преобразователь работает следую|щим образом. 1 Импульсы управления поступают од :Новременно на тиристоры 1 и 3. Ти|ристоры включаются, и по цепи коммутирующий дроссель 10 - конденсатор 9 - коммутирующий дроссель 12 нагрузка 16 - разделительный конденсатор 15 проходит полуволна тока Параметры этой цепи подбираются таким образом, чтобы она работала как колебательный контур.Как только ток в силовой цепи меняет направление, тиристоры 1 и 3 выключаются, а диоды 5 и 7 включаются, и в цепи нагрузки ток проходит в противоположном направлении. По окончании описанного Колебательного процесса диоды 5 и 7 выключаются. При подаче импульсов управления на тиристоры 2 и процессы в схеме аналогичны. Одновременно с указанными процессами в силовой схеме определенным об- эо разом работают и демпфирующие цепочки В момент включения силовых вентилей 1 и 3 (2 и ) происходит разряд конденсаторов 25 и 27 (26 и 28) демпфирующей цепочки через первичные обмотки 29 и 31 (30 и 32) трансформаторов. При этом параметры трансформаторов (индуктивность первичной и вторичной обмоток, коэффициент их связи) должны быть выбраны таким образом, чтобы остаточное напряжение на демпфирующих конденсаторах и ток первичных обмоток трансформаторов в конце разряда были близки к нулю. Это обеспечивает практически полный возврат энергии, запасенный демпфирующими конденсаторами 25--28, источнику питания инверто ра (в конденсатор 43). В момент выключения силовых вентилей - конденсаторы демпфирующих цепей заряжаются через соответствующие диодь (17 и 20) и резисторы (21 и ), ограничивая скорость нарастания напряжения на тиристорах преобразователя. По сравнению с известными в предла гаемом преобразователе снижаются в 2-4 раза (в зависимости от режима ра боты) потери в демпфирующих цепях. Кроме Того, существенным образом уменьшаются потери в тиристорах за :счет снижения амплитуды и скорости нарастания разрядного тока конденсаторов демпфирующих цепей. Также за счет снижения коммутационных перенапряжений исключается необходимость применения вентилей вы соких классов. Формула изобретения Преобразователь постоянного тока, в переменный, содержащий инвертирующий мост на тиристорах, шунтированных обратными диодами, подсоединенный к выводам для источника питания через сглаживающий LC-фильтр, причем в диагонали переменного тока подключен коммутирующий конденсатор, а коммутирующие дроссели подключены последовательно с каждым из тиристоров, и выходные выводы через разделитель ный конденсатор связаны с диагональю постоянного тока указанного моста, параллельно каждому из тиристоров и обратных диодов подключена демпфирующая цепочка, состоящая из последовательно соединенных диода, резистора и конденсатора,отличающий с я тем, что, с целью повышения энергетических показателей преобразователй, параллельно каждой цепочке из демпфирующих диода и резистора подключены через диоды первичные обмотки вспомогательных трансформаторов, вторичные обмотки которых соединены попарно-последовательно и через .развязывающие диоды подключены к кбн 1денсатору LC-фильтра. Источники.информации, ; принятые во внимание при экспертизе I . , ; 1. Ситник Н.Х. Силовая полупроводниковая техника. М., Энергия, 1968, ic. 285-286. 2.Лабунцов В.А. и Тугов Н.М. Ди|Намические режимы эксплуатации мощных тиристоров. М., Энергия, 1977i ic. U2. 3.Авторское свидетельство СССР |{j 508881, кл. Н 02 М 7/5,15 1970.

УЪ I

Р

tKK