Инвертор Советский патент 1982 года по МПК H02M7/515 

(54) ИНВЕРТОР

1

Изобретение относится к области полупроводниковой преобразовательной техники и может быть использовано для получения синусоидальных напряжений в системах электропитания и электропривода.

Известен преобразователь на базе полумостового инвертора, содержащий силовые тиристоры, трансформатор, первичные полуобмотки которого имеют отпайки,связанные с обратными диодами, коммутирующий конденсатор и коммутирующий дроссель. Данный преобразователь прост в исполнении и надежен l.

Однако преобразователь не позволяет получить достаточно высокое качество формы кривой выходного напряжения. При его использовании в частотно-регулируемом асинхронном электроприводе несйнусоидальность выходного напряжения вызывает больщие дополнительные потери в двигателе и затрудняет регулирование частоты вращения в области низких частот (0,5-5 Гц) из-за наличия пульсаций электромагнитного момента двигателя.

Известен также преобразователь, содержащий основные- силовые тиристоры, трансформатор с нулевой точкой, две nejSвичные полуобмотки которого имеют отпайки, к которым подключены аноды допол нительньгх тиристоров, катоды которых подключены к отпайкам сглаживающего дросселя. Данный преобразователь позволяет получить на выходе ступенчатую кривую напряжения. Это достигается тем,

10 что дополнительная пара тиристоров соединяет по одной отпайке каждой первичной обмотки трансформатора, расположенной симметрично относительно нулевой точки, с отпайкой обмотки дросселя 2. .

15

Однако введение одной дополнительной пары тиристоров не позволяет получить выходное напряжение, близкое к синусои дальному. Для улучщения гармонического состава выходного напряжения преобразо20ватель должен иметь большое количество дополнительных тиристоров, а также трансформатор и дроссель со множеством отпаек. Такое введение дополнительных элементов отрицательно сказывается на его надежности, усложняет силовую схему и систему управления.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому эффекту является инвертор, содержащий выходной трансформатор с двумя симметричными согласно включенными полуобмотками, одни концы которых соединены с положительным входным выводом, а дру. гие - через отсекающие диоды подключен ны к анодам силовых тиристоров, соеди-венным между собой через коммутирующий конденсатор, причем катодыуказанных тиристоров через коммутирующий дроссель j соединены с отрицательным входным выводом, а. также возвратные диоды к выходной фидьтр. Выходной фильтр в инверторе выполнен Г-образным, pe3OHaHciSiM, осноВ ным элементом которого является прсле- ,доватеш ное звено L,С,-настроенное на первую гармонику. Вторым элементом фильтра является параллельный контур, имеющий больщое сопротивление для основной гармоники и малое сопротивление для более высоких гармоник. Управление данным преобразователем осуществляется методом щиротно-импульсной модуляций. (ШИМ). Даннь1й преобрадрватеяь обеспечивает получение на нагрузке напряжения синусоидальной формы . Однако наличие резонансного фильтра ограничивает применение преобразователя для питания потребителей, работающих в щироком частотном диапазоне, так как при отклонении частоты выходного напряжения от 5О Гц происходитнарущенме резонанса, на который настроены контуры фильтра. Зто приводит к резкому ухудщению г)армонического состава выходного . напряжения и увеличению .коэффициента нелинейных искажений. Кроме voro, наличие фильтра ухудщает массогабаритные показатели преобразователя. Цель изобретения - обеспечение работы преобразователя в широком диапазоне выходных: частот и улучщение массо.габаритных показателей устройства., Для достижения поставленной цели в инверторе выходной фильтр вьшолнен в виде высокочастотного трансформатора с двумя симметричными обмотками, подклю-J ченными одними разноименными концами к анодам отсекающих диодов, а другими концами .- к полуобмоткам выходного тран форматора, шунтированным конденсатором фильтра. Инвертор позволяет получить на нагруз ке напряжение.в широком диапазоне частот

так как по сравнению с известным устройством в нем отсутствует резонансный фильтр, настроенный на частоту 50 Гц. Фильтр, состоящий из трансформатора, щунтированного конденсатором, не оказывает сопротивления току высокой частоты, и преобразователь в течение каждого периода несущей частоты ШИМ работает как обычный полумостовой инвертор. Исключение выходного фильтра, масса которого обычно составляет ЗО-З 5% массы всего преобразователя, позволяет улучщить массогабаритные показатели по сра&т нению с известным устройством. Так как выбор фильтрового дросседя проводится для частоты 50 Гц, а дополнительного трансформатора данного преобразователя для.несущей частоты ШИМ, которая обычно в 1О-12раз больше максимальной выходной частоты, то по расчетным данным масса трансформатора примерно в 5 раз меньще массы дросселя. Что касается основного трансформатора, то он идентичен по массе и габаритам дополнительному трансформатору, ибо оба они рассчитываются ра выходную частоту., На чертеже представлена схема инвертора.. Инвертор содержит высокочастотный трансформатор с двумя симметричными, согласно включенньп ш обмотками 1 и 2 имеющими сильную- магнитную связь. К началу обмотки 1 подключен через возвратный диод 3 анод силового тиристора 4, а к концу обмотки 2 через возвратный диод 5 анод силового тиристора 6..Междуано- дами тиристоров 4 и 6 включен коммутирующий конденсатор 7, а их катоды через коммутирующий дроссель 8 связаны с минусом источника постоянного тока, Плюс источника постоянного тока сое-, динен со средней точкой выходного трансформатора, именэщего две симметричные согласно включенные полуобмотки 9 и 10, щунтированные конденсатором 11, емкость которого значительно больше емкости коммутирующего конденсатора 7. Начало полуобмотю 9 и конец полуобмотки 10 дополнительного трансформатора соединены jC концом обмотки 1 и обмотки 2 высокочастотного трансформатора соответственно, имеюще.го отпайки, к которым подключены катоды возвратных диодов 12 и 13, аноды которых связаны с минусом источника постоянного тока.. К вторичной обмотке 14 трансформатора подключена нагрузка. Управление преобразователем осуществляется методом ШИМ. При этом на управляющие электроды тиристоров 4 и 6 подаются управляющие импульсы, длитель ность которых промодулирована по синусоидальному закону. Пусть в начальный момент времени включен тиристор 4 и ток нагрузки проте кает по цепи: плюс источника постоянного тока - поЛуобматки 9 и 10 трансформатора - конденсатор 11 - обмотка 1 высокочастотного трансформатора - возвратный диод 3 - тиристор 4 - дроссель 8 - минус источника постоянного тока. Знаки ЭДС обмоток и полярности конденсатора показанБ на чертеже без скобок. Напряжение на коммутирующем конденсаторе 7 имеет практически прямоугольную, форму и составляет 2Ud, rfleUcI -. напряжение источника питания. Напряжение на конденсаторе 11 возрастает, на ве личину, пропорциональную току нагрузки. и времени работы тиристора 4. Так как постоянная времени заряда конденсатора 11 велика, увеличение напряжения происходит почти линейно. При включении тиристора 6 в следующий момент времени тиристор 4 выключается под действием офатного напряжения коммутирующе.го конденсатора 7. Происходит перезаряд конденсатора 7 до напряжения -2Ud (полярность указана на черт же в скобках). Ток нагрузки протекает по цепи: плюс источника постоянного тока - полуобмотки 1О и 9 дополнительного т.рансформатора - конденсатор 11 полуобмотка 2 основного трансформатора отсекающий диод 5 - тиристбр 6 - дроссель 8 - минус источника постоянного тока. Знаки ЭДС полуобмоток и полярност конденсатора для этого инте)рвала времени показана на чертеже в скобках. При этом происходит разряд конденсатора с той же постоянной времени. Напряжение на конденсаторе 11 уменыиается практически линейно, не изменяя полярности, так как время работы тиристора 6 мешоие чём вр мя работы тиристора 4. Таким образом, до тех пор, пока время работы тиристора 6 превьппает время работы тиристора 4, напряжение на конденсаторе 11 (следовательно, и на нагрузке) увеличивается. Затем при изменении соотношения между интервалами проводимости 9 31i тиристоров 4 и б напряжение на конденсаторе 11 уменьшается. Таким образом, происходит формирование сначала положительной, а затем отрицательной полуволн выходного напряжения. Предлагаемый преобразователь по срав нению с базовым позволяет обеспечить . регутшрование выходно.го напряжения в диапазоне частот 0,5-100 Гц. Кроме того, преобразователь имеет массу и габариты на 15-20% меньше, чем у базового объекта. Формула изобретения Инвертор, содержащий выходной трансформатор с двумя симметричными согласно включенньпли полуобмотками, одни концы которых соединены с положительным t входным выводом, а другие через . какшше диоды подключены к анодам силовых тиристоров, соединенным между собой через коммутирующий конденсатор, причем катоды указанных тиристоров через коммутирующий дроссель сое.динены с от-г рицательным вxoдньпvI выводом, а также возвратные диоды и выходной фильтр, отличающийся, тем, что, с целью обеспечения работы в широком диапазоне выходных частот и улучшения массогабаритных показателей, выходной фильтр выполнен в виде высокочастотного трансформатора с двумя симметричными обмотками, подключенными одними разноименными концами к анодам отсекающих диодов, а другими кошюкга - к полуобмогкам выходного трансформатора, шунтированным кондейсатором фильтра. . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Бедфорд Б. и др. Теория автономных инверторов. М., Энергия, 1969, с. 118. 2.Авторское свидетельство СССР №612365, кл. Н 02 М 7/515, 1978. 3.Разработка и исследование прео разователя для пнтання сигнализаторов зашиты газотурбинных агрегатов. Отчет № 76021614, Харьковский политехнический институт, 1977.