SU1003273A1 - Последовательный инвертор - Google Patents

Description

Изобретение относится к вентильной преобразовательной технике и может быть использовано при разработке генераторов для питания ультразвуковых электротехнологических установок.

При разработке генераторов повышен- 5 ной и высокой частоты все большее применение находят схемы последовательных инверторов, в которых ограниченные напряжения на элементах контура коммутации при снижении сопротивления нагруз- ¹⁰ ки осуществляется путем отсечки второй полуволны напряжения на коммутирующей индуктивности.

Известна схема автономного инвер то- ¹⁵ ра, в которой отсечка напряжения на коммутирующей индуктивности осуществляется путем выполнения последовательно соединенных конденсатора фильтра и вынесен-₂₀ ной за пределы вентильного моста коммутирующей индуктивности в виде двух параллельных цепей с противоположным порядком следования указанных элементов, причем между общими узлами указанных элементов включается диод [l ].

Такое включение хотя и приводит к ограничению перенапряжений при малых значениях сопротивлений нагрузки, вместе с тем дает затяжку токов в контуре стабилизации, что в свою очередь вызывает нежелательное повышение скорости нарастания тока тиристоров в момент включения.

Известна схема инвертора, в которой с целью снижения коммутационных перенапряжений и повышения предельной частоты выходного напряжения коммутирующая индуктивность и нагрузка включены последовательно в рассечку.фильтрового конденсатора и введены дополнительные фильтровые конденсаторы и вентили, обеспечивающие рекупирацию излишков энергии, запасенной в контуре коммутации, обратно в фильтр путем отсечки второй полуволны напряжения на коммутирующей индуктивности и нагрузке [2].

Односторонняя подпитка нагрузки токами контура коммутации приводит к значительной несинусоидальности входного напряжения, что в свою очередь увеличивает потери в нагрузке за с^ег высших $ гармоник.

Наиболее близким к предлагаемому является последовательный мостовой инвертор, содержащий четыре.плеча, каждое из которых состоит из последователь-ю но соединенных коммутирующего дросселя и управляемого вентиля, два последовательно соединенных коммутирующих конденсатора, крайние выводы которых 'подключены между общими выводами уп- (5 равняемых Дентилей в диагонали переменного тока моста, и нагрузку, подключенную средним выводом к общему узлу коммутирующих конденсаторов C3J

Однако малое обратное напряжение, при- 20 ложенное к управляемому вентилю, приводит к значительному увеличению времени, необходимого для восстановления управляемости вентилей.

Цель изобретения - повышение надеж- 2S НРсти путем улучшения условий коммутации управляемых вентилей.

Для достижения поставленной цели последовательный инвертор, содержащий связанный с входными выводами через зо фильтровые дроссели мост, каждое плечо _{ которого состоит из последовательно сое*· диненных коммутирующего дросселя и управляемого вентиля, а в диагональ переменного тока включены два Поспеловательно соединенных коммутирующих конденсатора, общая точка которых связана_со средней точкой цепи нагрузки, соединенной с общей точкой двух конденсаторов фильтра, а также четыре конденсатора ^v и четыре вентиля, снабжен выходным трансформатором с шестью первичными обмотками, соединенными попарно соглас ток, включенных вторая между коммутирующими дросслеями анодной, а третья между коммутирующими дросселями катодной групп вентилей моста и соединенных средними точками через фильтровые дроссели с соответствующими входными выводами, причем средняя точка второй пары соединена с катодами > двух вентилей, а средняя точка третьей пары - с анодами двух других вентилей, свободные электроды которых соединены с общими точками дополнительных коммутирующих дросселей и конденсаторов, а последовательные цепочки из ограничивающего вентиля и насыщающего дросселя .включены между отпайками обмоток пер*· вой пары и отпайками противофазных обмоток второй и третьей пар.

На чертеже изображена схема устройства.

Инвертор содержит управляемые вентили 1-4, конденсаторы 5-8, фильтровые конденсаторы 9 и 10, коммутирующие конденсаторы 11 и 12, фильтровые дроссели 13 и 14, коммутирующие дроссели' 15 18, дополнительные коммутирующие дроссели 19 и 22, насыщающиеся дроссели 23-26, вентили 27-30, ограниченные вентили 21-34, первичные обмотки выходного трансформатора 35-46, вторичную обмотку выходного трансформатора 47 и нагрузку 48.

Управляемые вентили 1-4 с включенными последовательно с ними коммутирующими дросселями 15, 18, 16, и 17 и секциями первичных обмоток 35, 37, 38, 40, 41, 43, 44 и 46 соединены в мост, причем общие выводы пар секции обмоггок 41, 44 и 43, 46 через фильтровые дроссели 13 и 14 подключены к выводам источника питания, а между общими выводами пар последовательно соединенных управляемых вентилей 1, 2 и 3, 4 вклюно—последовательно, четырьмя последовательными цепочками из ограничивающего вентиля и насыщающегося дросселя, четырьмя дополнительными коммутирующими д{юсселями, каждый из которых соединен последовательно с одним из указанных конденсаторов в цепочку, включенную между соответствующими точкой соединения управляемого вентиля с коммутирующим- дросселем и концом первой пары первичных обмоток выходного трансформатора, средняя точка которого соединена с общей точкой коммутирующих конденсаторов непосредственно, а через конденсаторы фильтра - со средними точками второй и третьей обмо <· чены соединенные последовательно-коммутирующие конденсаторы 11 и 12, к общей точке которых подключены общими выводами фильтровые конденсаторы 9 и Ю, причем вторые выводы этих конденсаторов подключены к средним выводам пар обмоток 41, 44 и 43, 46 выходного трансформатора и обмотки 42 и 45 с включенными последовательно с ними обмотками 36 и 39 выходного трансформатора, причем вторые выводы каждой из последних секций через пары цепочек, ^и содержащих дроссели 19-22, и соединенные последовательно с ка'жпой из них

- конденсаторы 5-8 подключены к крайним выводам последовательно соединенных вентилей 1, 2 и 3, 4. Вентили 27-30 подключены попарно первыми выводами навстречу напряжения питания к крайним выводам последовательно соединенных фильтровых конденсаторов 9 и 10, при- 5 чем вторые выводы этих вентилей подключены к общей точке конденсаторов 5- и коммутирующих дросселей 19, 22, 20 и 21, подключенных к гем же плечам моста, что и конденсаторы 9 и 10. 10 Ограничивающие вентили 31-34 подключены попарно навстречу напряжению питания через насыщающиеся дроссели 23- к общим выводам первичных обмоток выходного трансформатора 36, 42 и 45 15 и общим выводам противофазных им пар обмоток 35, 41, 37, 43, 44, 38 и 46, 40 выходного трансформатора. Параллельно вторичной обмотке 47 выходно го трансформатора подключена нагруэ - 20 ка 48,

Все обмотки выхоаного трансформатора выполнены на одном сердечнике и имеют одинаковое направление включения, что обеспечивает встречное протекание им- 25 пульсов тока через нагрузку при поочередной подаче импульсов управления на вентили 1, 2 и 3, 4.

Инвертор работает следующим образом. 30

От входного источника через фильтровые дроссели 13 и 14 заряжаются фильтровые конденсаторы 5-10 до половины напряжения питания. При отпирании управляемого вентиля 1 импульс тока про- ₃$ гекает по цепям: вентиль 1 - конденсатор 11 - параллельно по обмотке 4236 - дросселю 19 - конденсатору 5 и конденсатору 9 и обмотке 41-35 - дросселю 15 - вентилю 1 и одновременно ₄₀ в выходном контура 47-48-47. Если суммарное напряжение на элементах 42, 24 и 44 выше напряжения на конденсаторе 9_t а суммарное напряжение на элементах 43, 24 и 45 выше напряжения на конденсаторе 10, то ограничивающие вентили .32 и 33 открываются и ток ограничения напряжения на нагрузке идет по контурам: обмотка 42 - дроссель 25 вентиль 33 - обмотка 44 конденсатор

- обмотка 43 - вентиль 32 - дроссель 24 - обмотка 45 - конденсатор и обмотка 43.

После смены полярности напряжения на дросселях 15 и 16, если напряжение на элементах 42, 36 и 19 выше напря- ⁵⁵ жения на конденсаторе 9, суммарное напряжение на элементах 15, 35 и 41 выше напряжения на конденсаторе 5, го открывается вентиль 27 и ток отсечки напряжения на коммутирующем дросселе идет по контурам: обмотка .42-36 дроссель 19 и вентиль 27 - конденсатор 9 - обмотка 42 и обмотка 41 и 35 - дроссель 15 - конденсатор 5 и вентиль 27 - обмотка 41. При этом ток в контуре коммутации быстро прекращается, благодаря чему обеспечивается ограничение перенапряжений на элементах инвертора. Если в описанном интервале времени ток в контуре ограничения напряжения на нагрузке падает до нуля, то вентили 32 и 33 закрываются. Следующим тактовым импульсом отпирается вентиль 3 и ток контура коммутации протекает по цепям: вентиль 3 - конденсатор 12 - параллельно по обмотке 45 и 39 дросселю 20 - конденсатору 7 и конденсатору 9 и обмотке 44 и 38 - дросселю 16 и основа вентиль 3, и одновременно в нагрузочном контуре 47-48-47 навстречу импульсу тока предыдущего такта. Если суммарное напряжение на элементах 45, 23 и 41 выше напряжения на конденсаторе 9, а суммарное напряжение на элементах 46, 26 и 42 выше напряжения на конденсаторе 10, то ограничивающие вентили 31 и 34 открываются и ток ограничения напряжения на нагрузке идет по контурам: обмотка 45 - дроссель 23 - вентиль 31 - обмотка 41 - конденсатор 9 - обмотка 45 и обмотка 46 вентиль 34 - дроссель 26 - обмотка 42 - конденсатор 10 -> обмотка 46. После спадания этого тока до нуля вентиля 31 - 34 закрываются. Если после смены полярности напряжения на дросселях 16 и 20 суммарное напряжение’ на элементах 44, 38 и 16 выше напряжения На конденсаторе 7, а суммарное напряжение на элементах 45, 39 и 20 выше напряжения на конденсаторе 9, го вентиль 29 открывается и ток отсечки напряжения на коммутирующем дросселе идет по контурам: дроссель 20 - вентиль 29 -конденсатор 9 - обмотка 45 и 39 - дроссель 20 и дроссель 16 - конденсатор 7 - вентиль 29 — обмотка 44 и 39 - дроссель 16, При этом ток в контуре коммутации быстро прекращается. Далее импульсы управления подаются сначала на вентиль 2, а затем на вентиль 4, При этом процессы в инверторе протекают аналогично. Затем импульс управления подается снова на вентиль I, и процессы в схеме повторяются.

Таким образом, при работе на переменную нагрузку в предлагаемой схеме обес7 1003273 8 пёчивается снижение коммутационных пе- динения управляемого вентиля с коммугиренапряжений, улучшается форма выходного напряжения,

Claims (3)

1. (54) ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ ИНВЕРТОР 1 Изобретение огноситс  к вентильной преобразовательной технике и может быгь использовано при разработке генераторов дл  питани  ультразвуковых электротехнологических установок. При разработке генераторов повышенной и высокой частоты все большее применение наход т схемы последовательных инверторов, в которых ограниченные напр жени  на элементах контура коммуташш при снижении сопротивлени  нагрузки осушествл етс  путем отсечки второй полуволны напр жени  на коммутирую щей индуктивности. Известна ск&amp;ла автономного инвертора , в ко-орой отсечка напр жени  на коммутирующей индуктивности осуществл етс  путем выполнени  последовательно сое диненных конденсатора фильтра и sbraeceK ной за пределы вентильного моста комму тирующей индуктивности в виде двух :параллельных цепей с противоположным пор дком следовани  указанных элементов причем между общими узлами указанных элементов включаетс  диод Cl-. Такое включение хот  и приводит к ограничению перенапр жений при малых значени х сопротивлений нагрузки, вместе с тем дает зат жку токов в контуре стабилизации, что в свою очередь вызывает нежелательное повышение скорости нарастани  тока тиристоров в момент включени . Известна схема инвертора, в которой с целью снижени  коммутационных перенапр жений и повышени  предельной частоты выходного напр жени  коммутирующа  индуктивность и нагрузка включены последовательно в рассечку-фильтрового конденсатора и введены допотштельные фильтровые конденсаторы и вентили, обеспечивающие рекупирацкю излишков энергии, запасенной в контуре коммутации , обратно в фильтр путем отсечки второй полуволны напр жени  на коммутирующей индуктивности и нагрузке 2. Односторонн   подпитка нагрузки токами контура коммугашги приводит к эначигельной несинусоидальносги входного напр жени , что в свою очередь увеличи-. веет потери в нагрузке за высших гармоник. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  последовательный мостовой инвертор, содержащий четыре.:.плеча, каж дое из которых состоит из последовательн но соединенных коммутирующего дроссел  и управл и юго вентил , два последовательно соединенных коммутирующих конденсатора, крайние выводы которых подключены между общими выводами управл емьпх Ьентилей в диагонали переменного тока моста, и нагрузку, подключенную средним выводом к общему узлу коммутирующих конденсаторов С31 Однако малое обратное напр жение, приложенное к управл емому вентилю, приводит к значительному увеличению времени необходимого дл  восстановлешш управл емости вентилей. Цель изобретени  - повышение надежйЬсти путем улучшени  условий коммутации управл емых вентилей. Дл  достижени  поставленной цели последовательный инвертор, содержащий св занный с входными выводами через фильтровые дроссели мост, каждое плечо которого состоит из последовательно сое диненных коммутирующего дроссел  и управл емого вентил , а в диагональ пеpe;iiieHHoro тока включены два последовательно соединенных коммутирующих конденсатора , обща  точка которых св зана со средней точкой цепи нагрузки, сое диненной с общей точкой двух конденсатор фильтра, а также четыре конденсатора и четыре вентил , снабжен выходным трансформатором с шестью первичньми обмотками, соединенными попарно соглас но-последовательно, четырьм  последовательными цепочками из ограничивающего вентил  и насыщающегос  дроссел , четырьм  дополнительными коммутирующими д{к)ссел ми, каждый из которых соединен последовательно с одним из указанных конденсаторов в цепочку, включенную между соответствующими точкой соединени  управл емого вентил  с коммутирующим дросселем и концом первой пары первичных обмоток выходного трансформатора, средн   точка которого соединена с общей точкой коммутируюгцих конденсаторов непосредственно , а через конденсаторы фильтра - со средними точками второй и третьей обмо ток, включенных втора  между коммутирующими дроссле ми анодной, а треть  между коммутирующими дроссел ми катодной групп вентилей моста и соединенных средними точками через фильтровые дроссели с соответствующими входными выводами , причем средн   точка второй пары соединена с катодами двух вентилей , а средн   точка третьей пары - с анодами двух других вентилей, свободные электроды которых соединены с общими точками дополнительных: коммутиру10ШИХ дросселей и конденсаторов, а последовательные цепочки из ограничивающего вентил  и насыщающего дроссел  .включены между отпайками обмоток пары и отпайками противофазных обмоток второй и третьей пар. На чертеже изображена схема устройства . Инвертор содержит управл емые вентили 1-4, конденсаторы 5-8, фильтровые конденсаторы 9 и Ю, коммутирующие конденсаторы II и 12, фильтровые дроссели 13 и 14, коммутирующие дроссели 15 18 , дополнительные коммутирующие дроссели 19 и 22, насыщающиес  дроссели 23-26, вентили 27-30, ограниченные вентили 21-34, первичные обмотки выходного трансформатора 35-46, вторичную обмотку выходного трансформатора 47 и нагрузку 48. Управл емые вентили 1-4 с включенными последовательно с ними коммутирующими дроссел ми 15, 18, 16, и 17 и секци ми первичных обмоток 35, 37, 38, 4О, 41, 43, 44 и 46 соединены в мост, причем общие выводы пар секции обмотток 41, 44 и 43, 46 через фильтровые дроссели 13 и 14 подключены к выводам источника питани , а между общими выво дами пар последовательно соединенных управл емых вентилей 1, 2 и 3, 4 включены соединенные последовательноКоммутирующие конденсаторы 11 и 12, к общей точке которых подключены общими выводами фильтровые конденсаторы 9 и 10, причем вторые выводы этих конденсагоров подключены к средним вьгеодам пар обмоток 41, 44 и 43, 46 вьпсодного трансформатора и обмотки 42 и 45 с включенными последовательно с ними обмотками 36 и 39 выходного трансформатора , причем вторые выводы каждой из последних секций через пары цепочек, содержащих дроссели 19-22, и соединенные послеповательно с кажаой из них Конпрнсагоры 5-8 подключены к крайним вывоаам последовательно соепиноннык вентилей I, 2 и 3, 4. Вентили 27-ЗО подключены попарно первыми выводами навстречу напр жени  питани  к крайним выводам последовательно соединенных фильтровых конденсаторов 9 и Ю, причем вторые выводы этих вентилей подключены к общей точке конденсаторов 58и коммутирующих дросселей 19, 22, 2О и 21, подключенных к тем же плечам моста, что и конденсаторы 9 и Ю. Ограничивающие вентили 31-34 подключены попарно навстречу напр жению пита ни  через насыщающиес  дроссели 2326 к общим выводам первичных обмоток выходного трансформатора 36, 42 и 45 39 и общим выводам противофазных им пар обмоток 35, 41, 37, 43, 44, 38 и 46, 4О выходного трансформатора. Параллельно вторичной обмотке 47 выходн го трансформатора подключена нагруз ка 48. Все обмотеи выхопного трансформато ра выполнены на одном сердечнике и им ют одинаковое направление включени , ч обеспечивает встречное протекание импульсов тока через нагрузку при поочередной подаче импульсов управлени  на вентили 1, 2 и 3, 4. Инвертор работает следующим образом . От входного источника через фильтро вые дроссели 13 и 14 зар жаютс  филь ровые конденсаторы 5-10 до половины напр жени  питани . При отпирашш уп-. равл емого вентил  I импульс тока протекает по цеп м: вентиль 1 - конденсатор 11 - параллельно по обмотке 4236 - дросселю 19 - конденсатору 5 и конденсатору 9 и обмогке 41-35 - дрос селю 15 - вентилю 1 и одновременно в выходном контура 47-48-47. Если су марное напр жение на элементах 42, 24 и 44 выше напр жени  на конденсаторе а суммарное напр жение на элементах 43, 24 и 45 выще напр жени  на конденсаторе Ю, то ограничивающие вентили .32 и 33 открываютс  и ток ограниче ни  напр жени  на нагрузке идет по кон турам: обмотка 42 - дроссель 25 вентиль 33 - обмотка 44 конденсатор 9- обмотка 43 - вентиль 32 - дроссель 24 - обмотка 45 - конденсатор 10и обмотка 43. После смены пол рности напр жени  на дроссел х 15 и 16, если напр жение на элементах 42, 36 и 19 выше напр жени  на конденсаторе 9, суммарное напр жение на элементах 15, 35 и 41 выше напр жени  на конденсаторе 5, го открываетс  вентиль 27 и ток отсечки напр же1ш  на коммутирующем дросселе идет по контурам: обмотка .42-36 дроссель 19 и вентиль 27 - конденсатор 9 - обмотка 42 и обмотка 41 и 35 - дроссель 15 - конденсатор 5 и вентиль 27 - обмотка 41. При этом ток в контуре коммутации бьгстро прекращаетс , благодар  чему обеспечиваетс  ограничение перенапр жений на элементах инвертора. Если в описанном интервале времени ток в контуре ограничени  напр жени  на нагрузке падает до нул , то вентили 32 и 33 закрываютс . Следующим тактовым импульсом отпираетс  веигаль 3 и ток контура коммутации протекает по цеп м: вентиль 3 - конденсатор 12 - параллельно по обмотке 45 и 39 . дросселю 2О - конденсатору 7 и конденсатору 9 и обмотке 44 и 38 - дросселю 16 и основа вентиль 3, и одновременно в нагрузочном контуре 47-48-47 навстречу импульсу тока предьщущего такта. ЕСЛИ суммарное напр жение на элементах 45, 23 и 41 выше напр жени  на конденсаторе 9, а суммарное напр жение на элементах 46, 26 и 42 выше напр жени  на конденсаторе 10, то ограничивающие вентили 31 и 34 открываютс  и ток ограничени  напр жени  на нагрузке идет по контурам: обмотка 45 - дроссель 23 - вентиль 31 - обмотка 41 - конденсатор 9 - обмотка 45 и обмотка 46 вентиль 34 - дроссель 26 - обмотка 42 - конденсатор 10 --обмотка 46. После спадани  этого тока до нул  вентил  31-34 закрываютс . Если после смены пол рности напр жени  на дроссел х 16 и 20 суммарное напр жение на элементах 44, 38 и 16 выше напр жени  На конденсаторе 7, а суммарное напр жение на элементах 45, 39 и 2О выше напр жени  на конденсаторе 9, го вентиль 29 открываетс  и ток отсечки напр жени  на коммутирующем дросселе идет по контурам: дроссель 2О - вентиль 29 -конденсатор 9 - обмотка 45 и 39 - дроссель 20 и дроссель 16 - конденсатор 7 - вентиль 29 - обмотка 44 и 39 - дроссель 16. При этом ток в контуре коммутации быстро прекращаетс . Далее импульсы управлени  подаютс  сначала на вентиль 2, а затем на вентиль 4, При эгом процессы в инверторе протекают аналогично . SaTQvi импульс управлени  подаетс  снова на вентиль 1, и процессы в схеме повтор ютс . Таким образом, при рабого на переменную нагрузку в предлагаемой схеме обеспёчиваетс  снижение коммутаииойных перенапр жений , улучшаетс  форма выходного напр жегош. Формула изобретени  Поспедовагельный инвертор, содержащий св занный с входными вьдаодами черев фипьгровые дроссели мост, каждое плечо которого состоит из последовательно соед шенных коммутирующего дроссел  а ущзавл емого вентил , а в диагональ переменного тока включены два последовательно соединвшых коммутирующих кон/leHcaTopa , обща  точка которых св зана со бредней точкой цепи негрузки, соединенной с общей Точкой двух конденсаторов фильтра, а также четыре конденсатора и четыре вентил , отличающийс   тем, что, с целью повышени  его надежности путем улучшени  условий коммутации управл емых вентилей, снабжен выходным трансформатором с шестью первичньп т обмотками, соединенными попарно согласно-последовательно, четьфьм  Последовательными цепочками изограничивающего вентили и насьпцающе ос  дрос сел , четырьм  дрпогшитепьными; коммутирующими дроссел ми, каждый из которых 3 соединен последовательно с одним из указанных конденсаторов в цепочку, вкЛючен| (ую между соответствующими точкой соединени  управл емого венгил  с коммутирующим дросселем и концом первой пары первичных обмоток выходного трансформатора , средн   точка которой соединена с общей точкой коммутирующих конденсаторов непосредственно, а через конденсаторы фильтра - со средними точками второй и третьей обмоток, включенных втора  между коммутирующими дроссел ми анод- . ной, а треть  между коммутирующими дроссел ми катодной групп вентилей моста и соединенных средними точками через фильтровые дроссели с соответствующими входными вывода ли, причем средн   точка второй пары соединена с катодами двух вентилей, а средн   точка третьей пары - с анодами двух других вентилей, свободные электроды которых соединены с общими точками дополни тельныхкоммутирующих дросселей и конденсаторов, а последова .тельные цепочки из ограничивающего вентил  и насьш1ающегос  дроссел  включе-ны между отпайками обмоток первой пары и отпайками противофазных обмоток второй и третьей пар. Источники информагии, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство N 525214, кл. Н 02 М 7/537, 1974.
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 610266, кл. Н О2 М 7/515, 1976.
3. 3.Авторское свидетельство СССР hf 484611, кл. Н 02 М 7/515р 1972.