RU1132772C - Последовательный инвертор - Google Patents

Abstract

ПОСЛЕЛОВАТЕЛЬНЫЙ ИНВЕРТОР, содержащий четное число  чеек, кажда  из которых состоит из последовательно соединенных тиристора и дроссел , зашунтированных конденсатором , причем одна половина  чеек подключена к положительному выводу первого источника питани , а друга  половина - к отрицательному выводу второго источника питани , соединенного согласно-последовательно с первым источником, два последовательно соединенных диода рекуперации. подключенных к упом нутым выводам источников, точка соединени  которых черед первичную обмотку выходного трансформатора соединена с точкой соединени  указанных диодов, а также обратные вентили по  чеек и блок управлени , отличаю- щ и и с   тем, что, с целью упрощени  при одновременном повышении выходной мощности путем повышени  частоты инвертировани ,  чейки соединены попарно-последовательно, а каждый дроссель выполнен двухобмоточным, причем дополнительные обмотки дросселей последовательно соединенных  чеек соединены согласно-последовательно и подключены общим выводом к СО точке соединени  диодов рекуперации, а крайними выводами через обратные с вентили - к соответствующим выводам источников питани  о

Description

Изобретение относитс  к устройствам дл  преобразовани  посто нного тока в переменный с помощью тиристорных инверторов с последовательной коммутацией и может быть использовано в качестве источника питани  дл  индукционного нагрева металлов, а при последующем выпр млении и установке сглаживающих фильтров L или С , дл  регулировани  и стабилизации тока или напр жени  питани  сварочной дуги, электронно-лучевых пушек, электродвигателей

Известен последовательный инвертор с пвум  источниками питани .

1Сл)

который содержит коммутирующий 1.СГО контур, ключевые элементы, соеди нение этих элементов и источников

VJ питани  мостового типа Недостатки ГО инвертора: несимметричный режим работы , регулирование только частотноiимпульсное , ограничение по величине сопротивлени  нагрузки.

Известен также последовательный . инвертор, содержащий четыре I.C-контура с тиристорами, св занных через диоды с источниками питайи , и четыре ключевых элемента в цепи нагрузки. Инвертор обеспечивает симметричную работу преобразовател , но сложен и не

позполпет регулировать выходной параметр , нагрузка лолжна быть индуктивного характера

Наиболее близким техническим решением к предложенному  вл етс  последоЕзательный инпертор, содержащий метное число  чеек, в каждой из которых последовательно включены тиристор и дроссель, зашунтированные конденсатором , четное число диодов рекуперации j, соединенных попарно последовательно - согласно, обща  точка соединени  диодов подключена к одному выводу первичной обмотки трансформатора , второй вывод которой соединен со средней точкой двух последовательно-согласно соединенных источников питани , другие выводы источников питани , диодов рекуперации и конденсаторов соединены между собой, вентили по числу  чеек и блок управлени . Инвертор характеризуетс  симметричным режимом работы и способностью регулировать выходной параметр

по способу ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНОЙ 1-1ОДУл ции . Устойчивость инвертировани  сохран етс  при режимах от холостого хода до короткого замыкани  Основным его недостатком  вл етс  сложность , причем частота, реализуема  его схемой, ограничиваетс  временем выключени  тиристора, что, естественно , ограничивает его выходную мощность .

Целью изобретени   вл етс  упрощение при одновременном повышении выходной мощности путем повышени  частоты инвертировани  о

,Пл  достижени  поставленной цели в последовательном инверторе, содержащем четное число  чеек, кажда  из которых состоит и последовательно соединенных тиристора и дроссел , зашунтированных конденсатором, примем одна половина  чеек подключена к положительному выводу первого источника питани , а друга  - к отрицательному выводу второго источника питани  , соединенного согласно-последова тельно с nepBtiM источником, два поспедовательио соединенных диода рекуперации , по/ключенных к упом нутым выводам источников, точка сое .динени  которых через первичную обмотку оыходного трансформатора соединена с точкой соединени  указан- . ных диодов, а также обратные вентили по чиспу  чеек и блок управлени ,  чейки соединены попарно-последовательно , а каждый дроссель выполнен пвухобмоточным, причем дополнительные обмотки дросселей последовательно соединенных  чеек соединены согласно-последовательно и подключены общим выводом к точке соединени  диодов рекуперации, а крайними выводами через обратные вентили - к соответствующим источников питани  о

На фигЛ изображена схема последовательного инвертора с частотноимпульсным регулированием выходной мощности; на фиг„2 - схема последовательного инвертора с широтно-импульсным регулированием выходной мощности; на фиг.За-Зж приведены временные диаграммы токов i и напр жений U на элементах схем: на фиг„3а - временна  диаграмма напр жени  на тиристоре первой  чейки; на фиг„36 - временные диаграммы напр жений на конденсаторах; на - временна  диаграмма тока через первичную обмотку дроссел ; на фиг„3д - временна  диаграмма напр жени  на тиристоре второй  чейки; на - временна  диаграмма выходного напр жени  инвертора в режиме холостого хода, на - временна  диаграмма выходного тока инвертора в режиме короткого замыкани „

Последовательный инвертор (фиГо1) содержит четное число  чеек 1, 2 состо щих из тиристоров 3, t и первичных обмоток 5, 6, дросселей 7, В, зашунтированных конденсаторами 9 Ю, диоды рекуперации 11, 12, соединенные попарно согласно-последовательно, обща  точка соединени  диодов 11, 12, подключена к одному выводу первичной обмотки трансформатора 13,- второй, вывод который соединен со средней точкой двух последовательно-согласно соединенных источников питани  и 15. Другие выводы источников питани  1 и 15, диодов рекуперации 11, 12 и конденсаторов 9, 1.0 соединены между собой

В устройстве содержатс  по числу  чеек обратные вентили 1б и, 17 Лроссель 7 снабжен дополнительной обмоткой 18, а дроссель Я - обмоткой 19, которые включены последовательно с соответствующими вентил ми 1б, 17 и вместе подключены параллельно к диодам 11, 12 рекуперации, при этом свободные концы конденсаторов S), 10 сое.пинены между собой в  чейках 1 и 2, блок управлени  20

Инвертор работает слелующим образом (схема фиГф)

Режим.холостого хода (вторична  обмотка трансформатора 13 разомкнута ) о Напр жение на конденсаторе 9 равно

L

(и ,4,

5 W

Т.7

де и

величина напр жени  .5Г точников питани  lA, 15; V число витков дополнитель б ной обмотки 10;

V число витков первичной

5 обмотки 5о

При поступлении запускающего импульса от блока управлени  20 (фйг„1) на тиристор 3 в момент времени t( (фиГсЗа) тиристор 3 включаетс , напр жение на нем падает практически до нул , происходит колебательный перезар д конденсаторов 9, 10, напр жение U(, соответственно измен етс , как это показано на фигоЗбо Через, тиристор 3 и первичную обмотку 5 протекает ток i (фиг„ Зв), напр жение и на обмотке 5 соответствует кривой на фиГоЗг, напр жение U на тиристоре k соответствует кривой напр жени  U (фиго Зд) и повтор ет напр жение U (фиг. 36) конденсатора 10„

В момент времени t(г.-(фиГo За) ток i (фиго Зв) первичной обмотки 5 достигает максимума (фиГо Зв), напр жение и (фиГоЗг) становитс  равным нулю, запас магнитной энергии максимален

Лалее напр жение мен ет знак. Такую же форму имеет напр жение И на обмотке 18, т о Ко она расположена на том же дросселе 7, что и обмотка 5, величина напр « ени  U () на обмотке 18 больше по величине в

раз о Вентиль 1б заперт до момента

W 5времени t (фиГоЗа), когда напр жение и (фиг„ Зг) на обмотке 18 достигает значени  U ,4 - 5 В момент времени t,, (фиг„За) вентиль 1б (фиг.1) открываетс  и накопленна  в дросселе 7 магнитна  энерги  возвращаетс  в источник питани  по цепи: обмотка 18, вентиль 1б, источник lA, источник 15, диод рекуперации 12 Источники , 15 обладают малым внутренним сопротивлением и в период воз врата энергии в источник напр жение и (фиг„3г) сохран етс  посто нным. Ток 1 (фиГоЗв) в тиристоре 3 и в обмотке 5 становитс  равным нулю

На первичной обмотке трансформатора 13 выдел етс  напр жение UH (фиг. Зе), равное по величине 1,5

0 ( диоЛ рекуперации 12 открыт). Энерги , нпкопленнап дросселем 7, полностью возвращаетс  в источники 1, 15 в момент времени t. (фиг. За) (мо5 мент t определ етс  равенством ну

Чф лю i Udt, фиГо Зг)о В момент времени

(

t (фиг,За) поступает запускающий импульс на тиристор от блока управ0 лени  20 и процессы в схеме повтор ютс , отлича сь только тем, что энерги  накапливаетс  в дросселе 8 ( чейка 2), а рекупераци  энергии происходит по цепи: обмотка 19, диод

5 рекуперации 11, источник 1t, источник 15, вентиль 17, напр жение на первичной обмотке трансформатора 13 и (фиг.Зе), равное по величине.

В режиме короткого замыкани  (вто0 рична  обмотка трансформатора 13 замкнута накоротко) все происходит аналогичным образом, только рекупераци  накопленной энергии-происходит на один из источников 1 или 15, что

5 вызывает уменьшение напр жени  на конденсаторе 9 до величины

тт ЛЖ

, а на конденсаторе 10 I-VHS и 5

( чейка 2) до 2 U

+ и,

М4И5

14 J 5

0

. --, ток (фиг« Зж) через трансфорW

13 имеет пилообразную форму, а врем  протекани  полуволны тока примерно в два раза больше, чем врем 

5 приложени  напр жени  U (фиг, Зе) в режиме холостого хода о

Инвертор, выполненный по схеме фиг,1 обеспечивает регулирование мощности в нагрузке только по час0 тотно-импульсному способу

Удвоив число  чеек и каналов рекуперации , как это представлено на фиг„2, можно реализовать широтное импульсыый метод регулировани  мощности в нагрузке Иа фиг;2 введены  чейки 21, 22, состо щие из тиристоров 23, 2t конденсаторов 25, 2б, дросселей 27, 28 с обмотками 29, 30

и дополнительными обмотками 31, 32, вентили 33,

При однонременном включении тиристоров 3, 23 и аналогичных процессах рассмотренных выше, энерги  поступает в нагрузку через обмотки I8,31o Нтора  полуволна выходного напр жени  и„ (фиГо Зе) формируетс  тиристорами , 2| и энерги  вводитс  в нагрузку 1,°-рез обмотки 19, 32 Ланный режим соответствует максимальному значению мощности в нагрузке

При одновременном включении тиристоров 3, 2 или , 23 ( чейки 2 и З) токи нагрузки вычитаютс  и выходна  мощность равна нулю

Посредством изменени  величины сдвига фаз между импульсами запуска от блока 20 достигаютс  промежуточные значени  выходной мощности

Достоинства предлагаемых схем имверторов:

схема фиГо1 - простота, нет необходимости вволить элементы, снижающие значени  скорости нарастани  тока и напр жени  на тиристорах, дроссели ограничивают первое, а конденсаторы - второе, в интервале отдачи энергии в нагрузку к тиристору прикладываетс  обратное напр жение, этот интервал составл ет 20-30 мкс, что определ ет выходную частоту в нагрузке (20-25 кГц), в момент включени  тиристора обратное значение обратного напр жени  невелико, что снижает мощность потерь в тиристоре при выключениио

Схема фиГс,2 позвол ет выполн ть регулирование мощности по широтноимпульсному способу„

JJ

Ю

f Ф

т

i /5 f

аг.2