RU2000647C1 - Последовательный мостовой инвертор тока - Google Patents

Abstract

Использование: в преобразовательной технике и в источниках питани  повышенной частоты дл  индукционных нагреватель+9 0плгл ных установок Сущность изобретени - устр-во содержит мост, каждое плечо которого состоит из пар встречно параллельно включенных тиристоров 1-4 и диодов 5-8 и последовательно включенных обмоток 10- 13 реактора Повышенные частотные возможности инвертора обеспечиваютс  за счет выполнени  обмоток реактора противоположных плеч на одном насыщающемс  магнитопроводе и согласным их включением . 2 ил

Description

00

с

го о о о о N

VI

о

(риг. 1

Изобретение относитс  к преобразовательной технике, в частности к преобразовател м посто нного тока в переменный, и может быть использовано в источниках питани  повышенной частоты дл  индукционных установок нагрева.

Известен статический преобразователь , содержащий мост из управл емых вентилей , последовательно с каждым из которых включен дроссель, обмотки дросселей , включенные в противоположные плечи моста, размещены на общем магнитопрово- де и включены встречно одна с другой.

Данное устройство обладает удовлетворительными частотными характеристиками, достаточно высоким КПД, устран ет  вление перенапр жени . Однако дроссели. включенные в противоположные плечи моста , работают только в аварийном режиме, не обеспечива  в рабочем режиме ограничени  скорости нарастани  тока, что не позвол ет существенно повысить частоту инвертировани .

Известен последовательный инвертор тока, содержащий мост на встречно-параллельных вентил х, в плечи которого включены дроссели. Нагрузка включена в цепь коммутирующего дроссел  и конденсатора. Обмотки дросселей всех плеч моста размещены на общем магнитопроводе, причем пары обмоток включены встречно одна с другой. Данный инвертор обладает хорошей симметрией нагрузочных характеристик плеч моста, как следствие - высокой надежностью инвертировани , простотой конструктивного исполнени , однако обладает неудовлетворительными частотными характеристиками по следующей причине. Повышение частоты влечет за собой увеличение скорости нарастани  тока в момент коммутации и увеличение коммутационных перенапр жений на вентильных парах.

Предлагаетс  последовательный мостовой инвертор тока, содержащий подключенный через фильтровый дроссель к входным выводам мост, каждое плечо которого состоит из последовательно соединенных пары встречно-параллельных вентилей и обмотки реактора. Новым  вл етс  размещение обмоток реакторов противоложных плеч на одном насыщающемс  магнитопроводе и согласное их включение.

Повышение частотных свойств инвертора объ сн етс  следущим. В момент включени  тиристора при высоких частотах скорость нарастани  тока может превысить допустимые паспортные значени . Введение насыщающегос  реактора позвол ет снизить скорость нарастани  тока в момент включени  тиристора. В момент обрыоа тока диода возникает коммутационное перенапр жение на вентилной паре. Введение насыщающегос  реактора позвол ет снизить скорость уменьшени  тока в момент

выключени  диода и тем самым уменьшить коммутационные перенапр жени .

Насыщающиес  реакторы широко известны и примен ютс  дл  повышени  частотных характеристик. Однако применение их

в мостовой схеме требует идеальной идентичности характеристик как сердечников обмоток, так и самих вентилей, что на практике очень сложно осуществить. В данном случае размещение дросселей противоположных плеч на одном сердечнике и согласное их включение обеспечивает одновременное насыщение дросселей противоположных плеч. При этом отпадают тре- бовани  к высокой идентичности

характеристик плеч моста.

На фиг. 1 представлена схема последовательного мостового инвертора тока; на фиг. 2 - временные диаграммы.

Инвертор тока содержит тиристоры 14 , включенные в плечи моста, диоды 5-8. включенные встречно-параллельно тиристорам , фильтровый дроссель 9, включенный в цепь посто нного тока, обмотки 10-13 насыщающихс  реакторов, причем обмотки

Ю и 11 расположены на одном сердечнике и включены согласно, обмотки 12 и 13 - на другом и также включены согласно, в диагональ моста включены последовательно коммутирующие конденсатор 14, дроссель 15 и

нагрузка 16.

Устройство работает следующим образом . Пусть в установившемс  режиме в момент времени t0, тиристоры 1 и 3 закрыты, а тиристоры 2 и 4 открыты (см. фиг. 2). Конденсатор 14 зар жаетс  током по цепи: плюс источника питани  - фильтровый дроссель 9 - тиристор 2 - обмотка 12 насыщающегос  реактора - нагрузка 16 - дроссель 15 - конденсатор 14 обмотка 13 реактора-тиристор

4 - минус источника питани . Пол рность зар да показана на фиг. 1. В момент времени ti тиристоры 1 и 3 открываютс  импульсами управлени . Конденсатор 14 начинает перезар жатьс  колебательным током по

цепи: дроссель 15- нагрузка 16 и два параллельных контура: дроссель 12 - диод 6 - тиристор 1 - дроссель 1 и дроссель 11 - тиристор 3 - диод 8 - дроссель 13, Скорость нарастрани  пр мого тока через тиристоры

1 и 3 в случае отсутстви  насыщающегос  реактора равна

сН Uci dt U

а в случае его наличи  будет иметь величину

dl Uci dt LK + LH

где Uci - напр жение на конденсаторе 14 в момент ti;

U - индуктивность дроссел  1; LM индуктивность обмотки насыщающегос  реактора в ненасыщенном состо нии .

Врем  задержки при включении тиристоров определ етс  формулой WS(By + Bs)

t.2 - ti

ЧЈ

где W- число витков обмотки насыщающегос  реактора;

S - сечение его сердечника;

By и Bs - остаточна  индуктивность и индукци  насыщени .

Врем  задержки начального нарастра- ни  тока через тиристоры улучшает частотные свойства инвертора, так как позвол ет работать при большей крутизне нарастани  тока через тиристоры, а следовательно, на более высокой частоте.

В момент времени t3 ток в вентильных парах 6 - 2 и 8 - 4, определ емый разностью возрастающего тока колебательного перезар да и тока источника питани , измен ет направление и коммутируетс  с тиристора каждой пары на диод. Тиристоры 2 и 4 закрываютс  обратным напр жением, равным пр мому падению напр жени  на диодах 6 и 8. При подходе тока тиристоров 2 и 4 к нулевому значению насыщающийс  реактор с обмотками 12 и 13 выходит из состо ни  насыщени , что приводит к снижению крутизны спада тока через тиристоры 2 и 4. Сразу после перехода тока вентильных пар 2- 6 и 4 - 8 через нулевое значение насыщающийс  реактор с обмотками 12 и 13 продолжает оставатьс  в ненасыщенном состо нии, при этом ограничиваетс  скорость нарастани  тока через диоды 6-8, При дальнейшем нарастании тока происходит насыщение реактора с обмотками 12 и 13. В момент времени t4 реактор с обмотками 12 и 13 оп ть выходит из состо ни  нэсыщони  и в момент времени ts ток диодов 2 и 4 обрываетс , причем

WS (В s - By) Щ

М - 15 -V,

0

0

0

где Uc-i - напр жение на конденсаторе 14 в момент времени t4.

Мала  крутизна спада тока диодов 2 и 4 обуславливает невысокие коммутационные перенапр жени  при восстановлении напр жени  на закрытых вентильных парах 2 - 6, 4 - 8, увеличива  надежность работы инвертора и позвол   работать на более высокоих частотах. В интервале времени

5 ts-te конденсатор 14 дозар жаетс  током источника питани . Напр жение пол рностью , противоположной указанной на фиг. 1, прикладываетс  через открытые тиристоры 1 и 3 к тиристорно-диодным парам 2-6, 4 - 8. В момент времени те тиристоры 2-4 открываютс  импульсами управлени , и рассмотренные процессы в схеме повтор ютс .

Таким образом, предложенна  схема

5 обеспечивает снижение скорости изменени  тока через вентильные пары в момент коммутации, что позвол ет работать на более высоких частотах без выхода из стро  полупроводниковых вентилей. В свою очередь , это обеспечивает расширение областей использовани  инверторов за счет применени  их в широком спектре технологических процессов, таких, как индукционный нагрев при нанесении эпитаксиальных

5 покрытий. По тем же причинам в схемах возможно применение тиристоров с относительно невысокими техническими характеристиками и невысокой стоимостью.

Claims (1)

1. 0 Формула изобретени 

   Последовательный мостовой инвертор тока, каждое плечо которого состоит из пар встречно-параллельно включенных тиристора и диода и последовательно включен5 ной обмотки реактора, отличающийс  тем, что обмотки реактора синфазных плеч моста выполнены на одном насыщающемс  мзгнитопроводе и включены согласно.

   1,5

   М

   i.3

   1

   5,7

   2,1

   X37

   Гл A

   6 W,1SJ6

   . tiiki t,te t«

   Фиг. 2

   I

   1