SU964922A1 - Последовательный инвертор - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к вентильной преобразовательной технике и предназначено дл необратимого преобразовани  энергии посто нного тока на входе в энергию переменного тока высокой частоты на выходе. Устройство может найти применение дл  питани  то ком высокой частоты однофазной переменной нагрузки, например скомпенсированной индукционной нагревательной установки дл  стали. Известны различные инверторы,предназначенные питать однофазные нагрузки , но имеющие относительно низкое выходное напр жение. Известен автономный последовательный инвертор, содержащий вентильный инвертирующий мост с узлом коммутации из конденсатора и дросселей, .подключенную параллельно мосту последовательную цепь из нагрузки и двух разделительных (фильтровых) конденсаторов , а также двух диодов, причем каждый из диодов подключен между общей точкой нагрузки и разделительного конденсатора и между зажимом другого разделительногб конденсатора. К зажи мам источника посто нного тока мост подключен через дроссели фильтра. В таком инверторе каждый разделительный Конденсатор зар жен лишЬ до половины напр жени  источника питани , а напр жение на нагрузке по амплитуде ограничиваетс  на уровне напр жени  разделительных конденсаторов, т.е. ни уровне 0,5 от напр жени  источника питани  tl. Такой инвертор позвол ет питать нагрузку, сопротивление которой може мен тьс  от нул  до бесконечности, но имеет низкое выходное напр жение. Известен последовательный инвертор с относительно более высоким выходным напр жением. Инвертор содержит два тирис-50рных моста,- каждый из которых содержит коммутирующий контур из последовательно соединенных конденсатора и дроссел  в диагонали 396 переменного тока. Точка соединени  анодов тиристоров каждого моста соединена с положительным входным зажимом инвертора через последовательную цепь из двух фильтровых дросселей , а точка соединени  катодов соединена с отрицательным входным зажимом через третий фильтровый дроссель Точка соединени  первого и второго дросселей одного моста соединена через фильтровый конденсатор с точкой соединени  катодов тиристоров другого моста. В каждом из мостов точка соединени  анодов тиристоров одного моста соединена через последовательную цепь, образованную конденсатором и дросселем с промежуточным выводом обмотки, с точкой соединени  катодов тиристоров другого моста, причем дро сель зашунтирован двум  встречно-по-

следовательно соединенными диодами, точка соединени  которых св зана с точкой последовательного соединени  первого и второго фильтровых дросселей другого моста. Промежуточный вывод дроссел  св зан через диод с точкой соединени  анодов тиристоров этого же моста 2.

Этот инвертор также имеет относительно невысокое выходное напр жение недостаточное, например, дл  питани  выпускаемых промышленностью индукционных нагревательных установок и плавильных печей.Наиболее близким к предлагемому  вл етс  последовательный инвертор, содержащий подключенные через фильтровые дроссели к входным зажимам два тиристорных моста,в диагонали переменного тока которых включены последовательно по два коммутирующих конденсатора и между ними - коммутирующий дроссель, соединенный с диагональю переменного тока соответствующего обратного вентильного моста. К точкам соединени  анодов тиристоро каждого моста присоединена цепь .из последовательно соединенных фильтрового конденсатора и коммутирующего дроссел . Точка соединени  катодов тиристоров одного моста соединена с одним выходным зажимом. Параллельно выходным зажимам подключены компенси рующие конденсаторы и нагрузка. Они образуют нагрузочный контур инвертора . Инвертор содержит также две. цепи из последовательно соединенных нелинейного дроссел  и вентил  З.

моста присоединен фильтровой конденсатор последовательной цепочки, со сто щей из упом нутого конденсатора и коммутирующего дроссел ,точка соединени  которых подключена к анодной группе вентилей обратного моста, причем катодна  группа тиристоров первого моста соединена с одним выходным выводом, а параллельно выходным выво Недостатком данного инвертора  вл етс  относительно невысокое выходное напр жение, недостаточное д/)  индукционных нагревательных установок. Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей за счет увеличени  диапазона изменени  выходного напр жени . Дл  достижени  поставленной цели последовательный инвертор, содержащий подключенные через фильтровые дроссели к входным выводам два тиристорных моста, в диагональ переменного тока каждого из которых включены последовательно два коммутирующих конденсатора с коммутирующим дросселем между ними, включенным в диагональ переменного тока соответствующего обратного вентильного моста, а к 20 знодной группе тиристоров каждого дам подключены компенсирующие конденсаторы , а также две цепочки из последовательно соединенных нелинейного дроссел  и вентил  и два дополнительных фильтровых конденсатора, снабжен делителем напр жени , состо щим из дву дросселей, зашунтированных конденсаторами , и двум  дополнительными коммутирующими дроссел ми, образующими совместно с дополнительными фильтровыми конденсаторами две догЮлнительHbie последовательные цепочки, подключенные кажда , параллельно основт ной цепочке, причем точка соединени  конденсатора и дроссел  дополнительной цепочки подключена к катодной группе вентилей обратного моста и через указанную цепочку из вентил , включенного в обратном направлении, и нелинейного.дроссел  - к атодной группе тиристоров моста, а делитель напр жени  подключен к выходным выводам ., причем точка соединени  его дросселей подключена к -точке соедине- . ни  конденсатора дополнительной и дроссел  основной последовательных цепочек первого моста и катодной группе тиристоров второго моста, а точка соединени  дроссел  основной и конденсатора дополнительной последонательных цепочек второго моста соединена с другим выходным выводом. Схема последовательного инвертору приведена на чертеже. Схема содержит тиристоры 1-8, вен тили , коммутирующие конденсаторы , фильтровые конденсаторы 23-26, конденсаторы 27-28 делител , компенсирующие конденсаторы 29-30, коммутирующие дроссели 31-32 с симметричными промежуточными выводами, коммутирующие дроссели 33-36, фильтрсэвые дроссели , дроссели делител , активно-индуктивна  нагруз ка 3 (индуктор, магнитострикционный преобразователь и т.д.), нелинейные дроссели kk-. . Инвертор содержит два противофазных тиристорных моста соответственно из тиристоров 1-4 и , в диагональ переменного тока которых включены по следовательно соединенные коммутирующие конденсаторы и дроссели соответственно 19, 31, 20 и 2-1, 32, 22. В мостах точки соединени  анодов тиристоров 1 и 3, и 7 соответственно через фильтровые дроссели 37 и 38 соединены с положительным входным вы водом, а точки соединени  катодов ти ристоров 2 и t, 6 и 8 соответственно через фильтровые дроссели 39 и 40 соединены с отрицательным входным вы водом инвертора. К точкам соединени  анодов тиристоров каждого моста присоединены крайними выводами по две последовательные цепочки, состо щие из последовательно соединенных фильт рового конденсатора и дроссел , соединенные параллельно и образующие со ответственно два реактивных моста из элементов 33 и 23, 24 и 3 дл  первого моста, 35 и 25, 26 и 36 дл  второго моста. Однотипные элементы в мостах: фильтровые конденсаторы 2326 или коммутирующие дроссели 33-36, наход тс  в противоположных плечах. Встречнь.1е вентили 9-12 и 13-16 соединены в два обратных моста, которые диагональю переменного тока подключены соответственно к промежуточным выводам дросселей 31 и 32, а диагональю посто нного тока - между точками соединени  фильтровых конденсато ров с дроссел ми в последовательных цеп х, соединенных параллельно и образующих реактивные мосты. Между выходными выводами инвертора включен делитель напр жени  из последовательно включенных дросселей k и 2, зашунтированных конденсаторами 27 и 28. Точка соединени  катодов тиристоров одного моста (например тиристоры 2 и l) соединена с одним выходным выводом инвертора. Точка соединени  катодов тиристоров 6 и 8 другого моста соединена с общей точ ,ой элементов делител  , k2, 27, 28 и с противоположным выводом первого реактивного моста, образованного точкой соединени  элементов 23 и 3. Противоположный вывод второго реактивного моста, образованный точкой |соединёни  элементов 25 и 36, соедиЫен с вторым выходным выводом инвертора . Точки соединени  катодов тиристоров 2 и , 6 и 8 каждого моста через последовательные цепи из нелинейного дроссел  и вентил  соответственно 44 и 17, 45 и 18 соединены с фильтровым конденсатором 23 и 25 соответствующего реактивного моста и через эти конденсаторы - с противоположным выводом этих мостов. Нагрузочный колебательный контур, состо щий из конденсаторов 29 и 30, активно-индуктивной нагрузки 43, подключен к выходным выводам инвертора. Инвертор работает следующим образом . Предварительно от источника питани  через фильтровые 37-40 и коммутирующие 33-36 дроссели зар жаютс  фильтровые конденсаторы 23-26. Тиристоры 1, 4, 5, 8иЗ, 2, 7, 6 отпираютс  одновременно по четыре поочеред- . но, при этом через коммутирующие контуры и через нагрузку протекают импульсы высокочастотного тока. Так, при отпирании тиристоров 1, 4, 5,, 8 ток протекает по цепи тиристор 1 конденсатор 19 - дроссель 31 - конденсатор 20 - тиристор 4 - (конденсатор 30 и конденсатор 29 - нагрузка 43) - (конденсатор 25 - дроссель 35 и дроссель 36 - конденсатор 2б) тиристор 5 конденсатор 21 - дроссель 32 - кoндeнcatop 22 - тиристор 8 (конденсатор 23 - дроссель 33 и дроссель 34 - конденсатор 24) - тиристор 1 . После прекращени  импульса тока и выключени  тиристоров отпираютс  очередные тиристоры 3, 2, 7, 6, и очередной импульс тока протекает по цепи тиристор 3 - конденсатор 20 - дроссель 31 конденсатор 19 - тиристор 2 - (конденсатор 30 и конденсатор 29, i;iaгрузка 43) - (конденсатор 25 дроссель 35 и дроссель 36 - конденсатор 26) - тиристор 7 конденсатор 22 - дроссель 32 - койденсатор 21 - тиристор 6 - {конденсатор 23 дроссель 33 и дроссель З конденсатор 2) - тиристор 3. После прекра щени  импульса тока и выклю Уени  тиристоров отпираютс  очередные тиристоры 1, , 5f 8, и электромагнитный процесс в инверторе повтор етс  аналогично описанному; при этом через контур нагрузки 29, 30, +3 протекает импульс высокочастотного тока, возбуждающий в нем высокочастотные колебани .

Предлагаемый режим работы инвертора имеет место при оптимальном сопротивлении нагрузки. Если сопротив:ление нагрузки станет меньше (что часто бывает в технологических процессах ) , то .вследствие увеличени  коэффициента раскачки увеличиваетс  напр жение на всех элементах контура коммутации, в том числе и на коммутирующих конденсаторах 19-22 и коммутирующих дроссел х 31 и 32 и 3336 . Как только суммарное напр жение на внутренних выводах дросселей 31 и 32 и на каждом из дросселей 33-36 превосходит по величине напр жение на фильтровых конденсаторах 23-26, отпираютс  вентильные мосты обратного тока. Через вентили этих мостов в соответствии с пол рностью напр жени  на дроссел х 31 и 32 начинает протекать ток возврата избыточной реактивной энергии из коммутирующих дросселей в источник питани , в филь ровые конденсаторы 23-26, св занные с источником.

Рассматриваетс  путь обратного тока на примере работы лишь одного моста . Допускаетс , что открыты вентили Эй 12. Через эти вентили протекает ток по двум цеп м: дроссель 31 - вентиль 9 - дроссель 33 - конденсатор 2Ц - вентиль 12 - дроссель 31; дроссель 31 - вентиль 9 - конденсатор 23 дроссель 32 - вентиль 12 - дроссель 31.

Аналогичным образом протекает ток через открытые вентили другого моста обратного тока. При этом ограничиваетс  рост напр жени  как на коммутирующих дроссел х 31 и 32, 33-36, так и на коммутирующих конденсаторах 19-22, ,что исключает перенапр жение на всех элементах, в том числе и на тиристорах.

Если сопротивление нагрузки возрастает выше номинальной величины, наблюдаетс  снижение времени дл  восстановлени  управл емости тиристоров что вызывает срыв инвертировани  и последующее короткое замыкание через тиристоры. При этом одновременно наблюдаетс  рост выходного напр жени  сверх допустимой величины. Снижение времени дл  восстановлени  управл емости тиристоров можно исключить, ограничив величину выходного напр жени  инвертора. Дл  этого применены цпи из воследовательно соединенных вентил  17 и 18 и нелинейного дроссел  j и +5. Как только выходное напр жение на зажимах инвертора окажетс  выше суммарного напр жени  на конденсаторах 23 и 25, так сразу же отпираютс  вентили 17 и 18, и через них протекает ток по цепи конденсатор 23 - дроссель kS вентиль 18 конденсатор 25 - (конденсатор 30 и нагрузка 3 конденсатор 29) дроссель kk вентиль 17 - конденсатор 23. При этом выходное напр жение ограничиваетс , по амплитуде на уровне удвоенного напр жени  источника питани  (конденсаторы 23 и 25 зар жены до напр жени  источника питани ) .

При работе инвертора высокочастотное выходное напр жение инвертора приложено к делителю напр жени  из элементов 1, k2, 27, 28. Индуктивности дросселей 41 и 2 и емкости конденсаторов 27 и 28 равны между собой, т.е. в точке соединени  этих элементов напр жение делитс  пополам . Так как равные элементы делител  шунтируют однотипные вентильные и реактивные мосты, поддерживаетс  принудительное распределение напр жени  между последовательно соединенным ) тиристорными и реактивными мостами, что повышает надежность инвертора . Применение-в инверторе делител  напр жени  целесообразно, так как полупроводниковые вентили не  вл ютс  идеальными ключами.

Claims (3)

1. Предлагаема  схема позвол ет получить на выходе удвоенное выходное напр жение , достигающее по амплитуде двойного напр жени  источника питани . Применение нелинейных дросселей kk и Ц при благопри тных режимах позвол ет увеличить величину выходного напр жени  и, следовательно, выходную мощность, инвертора. Если требуетс  еще более высокое выходное напр жение, то можно исполь зовать в схеме не две, а три группы вентильных и реактивных мостов, соединив их аналогичным образом последовательно и применив соответственно делитель напр жени  из трех частей. Если требуетс  меньшее по величине выходное напр жение, то можно оставить только одну группу мостов вейтильный и реактивный. Така  схема инвертора представл ет собой лишь половину предлагаемой схемы инверточ ра. Формула изобретени  Последовательный инвертор, содержащий подключенные через фильтровые др оссели к входным выводам два тирис торных моста, в диагональ переменного тока каждого из которых включены последовательно два коммутирующих конденсатора с коммутирующим дросселем между ними, 1включенным1 в диагональ переменного тока соответствующего обратного вентильного моста, а к анодной группе тиристоров каждого моста присоединен фильтровой конденсатор последовательной цепочки, состо щей из упом нутого конденсатора и коммутирующего дроссел , точка сое динени  которых подключена к анодной группе вентилей обратного моста, при чем катодна  группа тиристоров первого моста соединена с одним выходным выводом, а параллельно выходным выводам подключены компенсирующие конденсаторь , а также две цепочки из последовательно соединенных нелинейн го дроссел  и вентил  и два дополнительных фильтровых конденсатора, отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей за счет увеличени  диапазона изменени  выходного напр жени , он снабжен делителем напр жени , состо щим из двух дросселей, зашунтированных конденсаторами, и двум  дополнительными коммутирующими дроссел ми , образующими совместно с дополнительными фильтровыми конденсаторами две дополнительные последовательные цепочки, подключенные кажда  параллельно основной цепочке, причем точка соединени  конденсатора и дрос дел  дополнительной цепочки подключена к катодной группе вентилей обратного моста .и через указанную цепочку из вентил , включенного в обратном направлении, и нелинейного дроссел  - к катодной группе тиристоров моста, а делитель напр жени  подключен к выходным выводам, причем точка соединени  его дросселей подключена к точке соединени  конденсатора дополнительной и дроссел  основнрй последовательных цепочек первого моста и катодной группе тиристоров второго моста, а точка соединени  дроссел  основной И конденсатора дополнительной последовательных цепочек второго моста соединена с другим выходным выводом. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 535695, кл. Н 02 М 7/515, 1973.
2. 2.Авторское свидетельство СССР If 647817, кл. Н 02 М 7/515, 1977.
3. 3.Авторское свидетельство СССР по за вке № 2730527/24-07, кл. Н 02 М 7/515, 1979.

   J7

   3d

   1