Высокочастотный инвертор Советский патент 1982 года по МПК H02M7/515 

(З) ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ИНВЕРТОР

: 1

Изобретение предназначено для использования в преобразовательной технике, а также в технологических устройствах, используемых ультразвук, в частности в гидроакустических системах ,с целью возбуждения магнитострикционных преобразователей для излучения акустических волн.

Известен высокочастотный инвертор, содержащий силовой тиристор, связанный с источником питания через нагрузку, шунтированную диодом, вторичную обмотку импульсного трансформатора, узел коммутации, включающий отдельный, источник питания и цепь; ограничивающий диод (тиристор) - коммутирующий дроссель - коммутирующий конденсатор первичная обмотка указанного трансформатора, а также коммутирующий (раз-ао рядный) тиристор, который совместно с указанными конденсатором и первичной обмоткой трансформатора образует колебательный контур.

При циклическом включении силового тиристора источник питания в течение определенного времени подключается к нагрузке, при этом в ней формируются однополярные импульсы напряжения, а коммутация цепи нагрузки осу ществляется включением разрядного тиристора, который подсоединяет ранее заряженный конденсатор к первичной обмотке трансформатора, в результате чего во вторичной обмотке создается ЭДС, способствующая выключению силового тиристора.

При необходимости длительность следования импульсов, определяющая среднее значение величины напряжения на нагрузке, может регулироваться путем изменения времени включения силового . тиристора t1J.

Этот преобразователь имеет следующие недостатки: требуется отдельный источник питания для заряда коммутирующего конденсатора; относительно .низкая частота следования импульсов 978 В цепи нагрузки, которая определяется собственной частотой колебания узла коммутации. Кроме того, в цепи нагрузки имеется дополнительный индуктивный элемент (обмотка трансформатора), отрицательно сказывающийся на переходном процессе. Подобные схемы иcпdльзyютcя в низковольтных устройствах, в которых выходная мощность требуется менее 3 кВт а частота коммутации ниже 2 кГц. Наиболее близкой к данному изобретению является схема, содержащая соединенные последовательно через первичную обмотку импульсного трансформатора зарядный и перезарядный тиристоры, св©б.®дные силовые электроды которых поде аединены к выводам источника питания, вентильный элемент и коммутирующий конденсатор, одна обкладка которого соединена со средней точкой первичной обмотки, а другая - с одним из указанных выводов. Силовой тиристор циклически подключает нагрузку к источнику питания в течение определенного времени, и в ней формруются однополярные импульсы напряжения, а коммутация этого же тиристора осуществляется путем подачи ЭДС, индуктированной во вторичной обмотке трансформатора за счет работы узла коммутации, через указанный вспомогательный тиристор 2. Недостатки этого преобразователя заключаются в том, что форма импуль- . сов на нагрузке иска 1 ается (при включении вспомогательного тиристора), минимальное напряжение на нагрузке определяется величиной напряжения вторичной обмотки трансформатора, которое является коммутирующим, ограничена сфера использования пребразовате ля, амплитуду импульсов во вторичной обмотке при включении зарядного и разрядного тиристоров отличаются, так ка в первом случае заряд происходит от источника питания, а во втором - заряженный конденсатор разряжается на обмотку импульсного трансформатора. Анализируя вышеприведенные преобра- зователИр можно сделать Следующие выводы.. Цепи нагрузки подключаются к источнику питания и, следовательно, величина напряжения на нагрузке как по 55 амплитудному значению, так и по среднему значению всегда будет ниже, чем напряжение источника питания. 4 Частота следования импульсов на нагрузке будет равна частоте управления силовым тиристором. Преобразователь не обеспечивает работу на более высокой частоте следования импульсов, например ультразвуковой, особенно при мощностях более 10 кВт в импульсе. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем получения различной формы выходного напряжения и расширения диапазона регулирования выходного напряжения. Поставленная цель достигается за счет того, что высокочас-тотный инвер(Тор, содержащий подключенные к выводам источника питания соединенные через первичную обмотку импульсного трансформатора зарядный и перезарядный тиристоры, вентильный элемент и коммутирующий конденсатор, одна обкладка которого соединена со средней точкой первичной обмотки, а другая - с одним из выводов источника питания, снабжен двухпозиционным переключателем и дополнительным выходом для подключения средней точки источника питания, причем упомянутая другая обкладка коммутирующего конденсатора соединена с обтим контактом двухпозиционного переключателя, один неподвижный контакт КОТОРОГО соединен с дополнительным выводом источника питания, другой неподвижный контакт с катодом перезарядного тиристора, а первичная обмотка выполйена с отпайками, одна из которых соединена через включенный в прямом направлении упомянутый вспомогательный элемент с одним из выходных выводов инвертора , к другому из которых подсоединен катод зарядного тиристора, вторичная обмотка импульсного трансформатора подсоединена к дополнительным выходным выводам инвертора. В качестве упомянутого вентильного элемента используется тиристор, инвертор также снабжен дополнительными п -тиристорами, каждый из которых соединяет соответствующую отпайку первичной обмотки с выходным выводом преобразователя, В качестве упомянутого вентильного элемента использован динистор. к зарядному и разрядному тиристорд подключаются две группы изт-параллельных тиристоров, причем импульсы управления каждым тиристором сдвинуты относительно друг друга по време59Частота следования импульсов (fg., на нагрузке определится частота управления тиристорами в зарядных и разрядных цепях. Параллельно первичной обмотке тран сформатора подключаются первичные обмотки дополнительно введенных К трансформаторов, причем зарядные, разрядные части обмоток, а также отпайки соответственно соединяются параллельно, а вторичные обмотки подключаются Параллельно выходным выводам. В результате суммарная индуктивность Lj зарядной и разрядной цепи снижается в (К+1) раз где к 1, 2, 3 i L - индуктивность первичной обмот ки. Это позволяет в (K+l) раз увеличить емкость коммутирующего конденсатора при поддержании предельной резонансной угловой частоты узла коммутации) где С емкость коммутирующего конденсатора. Наряду с уменьшением суммарной индуктивности узла коммутации увеличивается суммарное сечение магнитопровода, что обусловливает повышение выходной мощности инвертора. На чертеже дана принципиальная схема инвертора. Схема включает источник 1 питания, зарядные тиристоры 2 и 3, импульсные трансформаторы (ИТ) k и 5t зарядные части первичных обмоток 6 и 7 трансформаторов , разрядные части первичных обмоток 8 и 9, разрядные тиристоры 10 и 11, коммутирующий конденсатор 12, двухпозиционный переключатель 13, вентильный элемент 1, выводы 15 и 16 инвертЬра, нагрузку 17, шунтированную диодом 18, вторичные обмотки 19 и 20 трансформаторов, которые подключены к дополнительным выходным выводам 21 и 22 инвертора (п - .число тиристоров, подключенных к отпайкам параллельно соединенных первичных обмоток). Высокочастотный инвертор работает следующим образом. 8 В случае соединения подвижного контакта двухпозиционного переключателя с катодом перезарядного тиристора и использования в качестве вентильного элемента диода при включении тиристора 2 происходит заряд коммутирующего конденсатора по цепи: плюс источника питания - зарядный тиристор 2 - обмотки 6 и 7 - конденсатор 12 - двухпозиционный переключатель 13 минус источника питания. Как в первичных, так и во вторичных обмотках наводятся ЗДС, причем к выводу 16 ЭДС будет прикладываться положительной полярностью, а к выводу 15 - отрицательной полярностью, соответственно ЭДС определенных полярностей будут и во вторичных обмотках 19 и 20 и выходных выводах 21 и 22. При этом вентильный элемент 1 окажется подключенным в непроводящем направлении и на нагрузке 17 напряжение будет отсутствовать. Когда напряжение на конденсаторе 12 станет равным напряжению источника питания, полярность наводимых в обмотках ЭДС изменится на противоположную. Далее заряд конденсатора продрлжается за счет ЭДС самоиндукции зарядных частей обмоток 6 и 7 до определенного значения, большего напряжения источника питания. При этом полярности ЭДС как в первичных, так и во вторичных обмотках будут соответственно изменяться на противоположные. В этом случае вентильный элемент 14 окажется включенным в прямом направлении и на -на грузке появятся напряжения, индуктированные в первичных обмотках (до отпаек) . После полного заряда конденсатора 12 тиристор 2 выключится и восстановится его запирающее свойство. Далее включается перезарядный тиристор 10 и создается путь до разряда конденсатора 12 по цепи: обмотки 8 и 9 тиристор 10 - переключатель 13. В первичных и вторичных обмотках соответственно будут наводиться ЭДС, которые прикладываются к вентильному элементу Ив непроводящем направлении, и на нагрузке 17 напряжение будет отсутствовать, а в дополнительных выходных выводах 21 и 22 инвертора будут наводиться ЭДС определенных полярностей. Когда напряжение на конденсаторе 12 станет равным нулю, полярности наводимых в обмотках 8 и 9 ЭДС изменятся на противоположные и далее перезаряд конденсатора будет продолжаться за счет ЭДС самоиндукции этих же обмоток до определенного значения, определяемого параметрами разрядных цепей. При этом полярности 9ДС соответственно как в первичных, так и во вто ричных обмотках будут изменяться на противоположные значения и, следовательно, вентильный элемент I окажется включенным в прямом направлений и на нагрузке вновь появятся напряжения, индуктированные в первичных обмотках (до отпаек). После полного перезаряда,конденсатора 12 в обратной полярности тиристор 10 выключится и через определенное время восстановится его запирающее устройство. Когда напряжение на нагрузке отсут ствует, ток самоиндукции замыкается через диод 18. Через время Т (считая с момента подачи управляющего импульса на тиристор 10) включается тиристор 3 и цикл повторяется. Соответственно через указанное время включается тиристор 1 1 .- Таким образом, при каждом включении зарядного и разрядного тиристоров на выходных выводах 15 и 1б формируются два однополярных синусоидальных импульса, амплитуды которых определяются по положению отпаек, а на дополнительных выводах 21 и 22 обеспечиваются двухполярные импульсы напряжения двойной частоты. Величина напряжений на выходных выводах при включений зарядного и раз рядного тиристоров будут отличаться, так как в первом случае конденсатор заряжается от источника питания, а во втором случае происходит перезаряд этого же конденсатора. Для обеспечения одинаковой величины напряжений при включении тиристоров 2 и 10 подвижный контакт переключателя 13 к которому подключена другая обкладка конденсатора 12, соединяется со средней точкой источника питания. В этом случае схема работает ,следующим образом. При включении тиристора 2 происходит заряд коммутирующего конденсатора 12 от первой половины источника питания (напряжение будет равно-Jm. по цепи: плюс источни 2, . ка питания - тиристор 2 - обмотки 6 и 7 - конденсатор 12 - переключатель 13 средняя точка источника питания. Соответственно на выходных выводах 15 и 1б окажутся ЭДС определенных полярнос тей, как было рассмотрено выше, причем если вентильный элемент окажется включенным в прямом направлении, то на нагрузке 17 появятся однополярные импульсы. При включении тиристора 10 происходит перезаряд конденсатора 12 по цепи; средняя точка источника питания - переключатель 13 конденсатор 12 - обмотки В и 9 тиристор 10 - минус источника питания. Соответственно на выходных выводах 15 и . 16, а также выводах 21 и 22 появятся ЭДС определенных полярностей аналогично предыдущему режиму. Таким образом цикл пдвторяется, и при каждом включении тиристоров 2 и 10 на выходных выводах, т. е. на нагрузке, появляются два однопояярных импульса напряжения с одинаковыми величинами амплитуд. Соответственно в дополнительных выходных выводах 21 и 22 окажутся двухполярные импульсы двойной частоты,- определяемые из соотношения (3) . Для изменения величины напряжения однополярных импульсов, а также полумения разных амплитуд напряжения на нагрузке в качестве вентильного элемента используются тиристоры, которые подключаются к соответствующим отпайкам первичных обмоток, а угол включения этих тиристоров изменяется по определенному закону. Синхронизация и селективность включения могут быть обеспечены при помощи напряжения с выходных выводов 21 и 22. В качестве вентильного элемента используется динистор. В этом случае на нагрузке 17 обеспечивается напряжение, ограниченное пороговой величиной данного динистора. Формула изобретения 1. Высокочастотный инвертор, содержащий подключенные к выводам источника питания, последовательно соединенные через первичную обмотку импульсного трансформатора зарядный и перезарядный тиристоры, вентильный элемент и коммутирующий конденсатор, одна обкладка которого соединена со средней точкой первичной обмотки, а другая - с одним из выводов источника питания, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем п(/-у-чеция различной формы выходного иппп;-« ния

и расширения диапазона регулирования выходного напряжения, он снабжен двухпозиционным переключателем и дополнительным выводом для подключения средней точки источника питания, причем упомянутая другая обкладка коммутирующего конденсатора соединена с общим .контактом, двухпозиционного переключателя один его неподвижный контакт соединен с указанным дополнительным выЙОДОМ, другой неподвижный контакт с катодом перезарядного тиристора, причем первичная обмотка выполнена с отпайками, одна из которых соединена через включенный в прямом направлении упомянутый вентильный элемент с одним из выходных выводов инвертора, к другому из которых подсоединен катод зарядного тиристора, а вторичная обмотка импульсного трансформатора подсоединена к дополнительным выходным выводам инвертора. .

2,Инвертор по п. 1, отличающий с я тем, что в качестве вентильного элемента использован тиристо;э.

k. Инвертор по п. 1,отпичаю щ и и с я тем, что в качестве вентильного элемента использован динистор.

6,Инвертор попп. 1-5, отличаю щ и ис я тем, что, с целью повышения выходной мощности при сохранений предельного значения выходной частоты, параллельно первичной обмотке трансформатора подключены первичные обмотки дополнительно введенных К-трансформаторов, вторичные обмотки которых подключены параллельно выходным выводам..

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство СССР № 551777, кл. Н 02 М 3/135, 1975