SU1005254A1 - Последовательный автономный инвертор - Google Patents

Description

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть ис· пользовано для питания индукционных нагревательных установок, а также в ультразвуковой технологии.

Известен ряд схем последовательных инверторов, в которых рекуперация избыточной реактивной энергии, запасенной в коммутирующих контурах, осуществляется непосредственно с коммутирующих дросселей в источник питания и нагрузку £1J.

Однако достаточно эффективное ограничение нагряжёния на элементах таких инверторов достигается лишь в том случае, когда весь коммутирующий дроссель вынесен из моста инвертора и охвачен контуром сброса избыточной реактивной энергии. При этом к прямым вентилям в момент включения противофазных вентилей прикладывается полное напряжение коммутирующего конденсатора, которое оказывается все же высоким. Помимо этого, сброс избыточной реактивной энергии, запасенной в коммутирующих дросселях осуществляется на дополнительно введенные конденсаторы, не участвующие в формировании тока моста инвертора, что.приводит к возрастанию относительного объема и стоимости фильтрового контура. Известна также схема последовате- льного инвертора, содержащая два вентильных моста, подключенных через фильтровые дроссели к входным зажимам, в диагонали переменного тока которых включены коммутирующие ЬС-контуры, и фильтровый конденсатор. В этой схеме сброс избыточной реактивной энергии накопленной в коммутирующих контурах осуществляется посредством вентилей встречно-параллельного включения в фильтровый кон15 'денсатор и нагрузку £2].

. Недостатком такой схемы являет-; ся то, что на интервале времени, предоставляемом для восстановления 2Q управляемости, к прямым вентилям прикладывается малое обратное напряжение, что приводит к возрастанию времени, необходимого для восстановления их управляемости., и к снижению предельно допустимой частоты 25 инвертирования. Такая схема способна работать в режимах, близких к короткому замыканию, однако при увеличении эквивалентного сопротивле ния нагрузки снижается время, предо50 ставляемое для восстановления управ ляемости прямых вентилей, что приводит к срыву процесса инвертирования.

Наиболее близким к предлагаемому является инвертор, содержащий два тиристорных моста, в диагональ переменного тока каждого из которых включена цепочка, состоящая из двух конденсаторов, соединенных через коммутирующий дроссель, включенный в диагональ переменного тока моста обратных вентилей, две последовательные цепочки, включенные каждая между разноименными группами тиристорных мостов и состоящие из фильтрового конденсатора и дополнительного коммутирующего дросселя, причем одна обкладка фильтрового конденсатора второй последовательной цепочки соединена с анодной группой второго тиристорного моста, а другая его обкладка - с анодной группой моста обратных вентилей, соединенно'го катодной группой с анодной группой первого тиристорного моста, емкостной элемент, связанный с выходными выводами и шунтированный двумя цепочками, состоящими каждая из последовательно соединенных встречного вентиля и индуктивного элемента, а также два фильтровых дросселя £3].

Недостатками данной схемы являются повышенная емкость фильтровых конденсаторов, т/е. велика установленная мощность, а следовательно, и стоимость. Кроме того, велик уровень гармонических составляющих в выходном токе, что затрудняет питание нагрузки, обладающей значительной нелинейностью, какими являются, например, магнитострикционные ультразвуковые преобразователи.

Целью изобретения рение функциональных удешевление.

Поставленная цель что инвертор снабжен гательными коммутирующими дросселями, а в качестве индуктивных элементов использованы две первичные обмотки выходного трансформатора, первая из которых связана с катодной группой второго моста обратных вентилей; с точкой соединения первой последовательной цепочки и вспомогательного коммутирующего дросселя, включенного между указанной цепочкой и анодной группой второго тиристорного моста, и через первый фильтровой дроссель с положительным входным выводом, а вторая первичная обмотка связана с анодной группой первого моста обрат-.60 ных вентилей, с точкой соединения второй последовательной цепочки, с другим вспомогательным коммутирующим дросселем, включенным между указанной цепочкой и катодной труп10 является расшивозможностей и достигается тем, двумя вспомо45 пой первого тиристорного моста, и через второй фильтровой дроссель с отрицательным входным выводом, причем одна обкладка фильтрового конденсатора первой последовательной цепочки соединена с катодной группой первого тиристорного моста, а Другая его обкладка - с катодной группой первого моста обратных вентилей, анодная группа которого соединена с катодной группой второго тиристорного моста.

Емкостной элемент может быть выполнен в виде одного конденсатора, а . первичные обмотки выходного транс-, 15, Форматора снабжены промежуточными отводами, соединенными каждый с соответствующими фильтровым и вспомогательным коммутирующим дросселями, а концы обмоток, соединенные с обкладками конденсатора, подключены к соответствующим мостам обратных вентилей.

Кроме того, инвертор может быть снабжен дросселем насыщения, а емкостной элемент выполнен в виде двух . последовательно соединенных конденсаторов, каждый из которых шунтирован соответствующей указанной цепочкой из· встречного диода и первичной обмотки через дроссель насыщения, причем концы первичных обмоток, подключенные к конденсаторам, соединены с соответствующими фильтровыми дросселями и соответствующими мостами обратных вентилей, а другие их концы - с коммутирующими дросселями.

На фиг.1 и 2 представлены схемы инвертора.

Инвертор содержит два моста на тиристорах 1-8, мосты обратных вентилей 9-16, всречные вентили 17 и 18, коммутирующие конденсаторы 19-22, коммутирующие дроссели 23 и 24, последоватёльные цепочки, состоящие из дополнительных коммутирующих дросселей 25 и 26 и фильтровых конденсаторов 27 и 28, вспомогательные коммутирующие дроссели 29 и 30, конденсатор 31, выходной трансформатор 32 с двумя первичными обмотками 33 и 34 и вторичной обмоткой 35, к которой подключена нагрузка 36, фильтровые . дроссели 37 и 38..

Схема на фиг.2 содержит дроссель насыщения 39 и второй конденсатор 40.

Инвертор (фиг.1) работает следующим образом.

В первом такте открываются тиристоры 1 и 2 и ток протекает по контурам 27-25-33-1-19-23-20-2-27 и 31-1-19-23-20-2-30-34-31. Величина индуктивности каждого из коммутирующих дросселей 25, 26, 29 и 30 выбирается в два раза больше, чем индуктивность дросселей 23 и 24. Это обеспечивает равенство напряжений на всех и 28, открываются вен11. С этого момента преток по тиристорам 1 и 2 и коммутирующих конденса25 коммутирующих дросселях, поскольку н каждый такт, работы инвертора по диагональному дросселю протекает сумма ' токов, протекающих через дроссели, включенные- последовательно с фильтровыми конденсаторами.При этом в момент включения тиристоров 1 и 2 вентили 9 и 12 остаются закрытыми, поскольку в контурах 23-9-25-33-31-12-23 и 23-9-27-30-34-12-23 напряжения на коммутирующих дросселях, полярность которых указана на фиг.1, уравновешены и к вентилям 9 и 12 будет приложено обратное напряжение, равное питающему. Во второй половине полупериода тока, когда напряжение на коммутирующих дросселях принимает полярность, указанную на фиг.1 (в скобках) и сумма этих напряжений превосходит напряжение питания, до которого заряжены фильтровые конденсаторы тили 10 и кращается перезаряд торов 19 и 20 на заданном уровне и протекает ток сброса избыточной реактивной энергии, запасенной в коммутирующих дросселях 23, 25 и 30, по контурам 23-10-25-33-31-11-23 и

23- 10-27-30-34-11-23. При этом ток сброса протекает по первичным обмоткам выходного трансформатора в том же напряжении, что и ток прямых тиристоров инвертора 1 и 2. В нагрузке 36 токи, протекающие через первичные обмотки, суммируются.

Во втором такте открываются ти•ристоры 5 и 6 и ток протекает вначале по контурам 31-33-29-5-21-24-22-6-31 и 28-5-21-24-22-6-34-34-26-28, а затем, когда открываются вентили 14 и 15, протекает ток сброса избыточной реактивной энергии, накопленной в коммутирующих дросселях по контурам 24-14-31-34-26-15-24 и

24- 14-33-29-28-15-24. При этом ток тиристоров и ток сброса протекает по первичным обмоткам в другом направлении по отношению к току первого такта. Таким образом, за два такта работы инвертора формируется полный пе- 50 риод выходного тока. В следующих тактах работа инвертора, когда откры-ι ваются тиристоры 3, 4 и 7 и 8 процессы повторяются аналогично описанному.

С возрастанием сопротивления нагрузки увеличивается напряжение на первичных обмотках выходного трансформатора , которое прикладывается к мостам инвертора и критическая величина амплитуды которого составляет 0,8-0,9 от питающего напряжения. Ограничение выходного напряжения на заданном уровне достигается путем сброса избыточной энергии, запасенной в нагрузке, и созданием дополнитель- 45 ных путей высокочастотного тока мостов инвертора через встречные вентили помимо первичных обмоток.

Встречные вентили 17 и 18 открываются в разные полупериоды выходного напряжения, и ток сброса излишней энергии, накопленной в нагрузке, протекает по контурам 33-30-17 и 34-18-30. Регулирование соотношения вольтодобайочных витков и витков пер10 вичной обмотки позволяет регулировать уровень ограничения напряжения, прикладываемого к мостам инвертора.

В схеме, изображенной на рис.2, ограничение напряжения на первичных обмотках выходного трансформатора достигается путём сброса избыточной энергии, накопленной в нагрузке, и создания путей высокочастотного тока мостов инвертора помимо перIвичных обмоток, когда открываются вентили 17 и 18. Эти вентили открываются с момента, когда напряжение на первичных .обмотках превзойдет напряжение на конденсаторах 31 и 40 и протекает ток сброса избыточной энергии в нагрузке по контурам 33-31-39-17-33 и 34-18-39-40. Ограничение амплитуды напряжения на первичных обмотках возможно от уровня, равного половине питающего напряжения, до которых заряжены конденсаторы 31 и 40, включенные последовательно по отношению к источнику питания, и выше в зависимости от времени перемагничивания дросселя 39. .

Claims (1)

1. л емости пр мых вентилей, что приводит к срьшу процесса инвертировани . Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  инвертор, содержащий два тиристорных моста, в диагональ пере манного тока каждого из которых включена цепочка, состо ща  из двух конденсаторов, соединенных через коммутирующий дроссель, включенный п диагонашь переменного тока моста обратных вентилей, две последовательные цепочки, включенные кажда  между разноименными группами тиристорных мостов и состо щие из фильтрового конденсатора и дополнительного коммутирующего дроссел , причем одна обкладка фильтрового конденсатора второй последовательной цепочки соединена с анодной группой второго тиристорного моста, а друга  его обкладка - с анодной группо моста обратных вентилей, соединенно го катодной группой с анодной группой первого тиристорного моста, емкостной элемент, св занный с выходными выводами и шунтированный двум  цепочками, состо щими кажда  из последовательно соединенных встречного вентил  и индуктивного элемент а также два фильтровых дроссел  f3 Недостатками данной схемы  вл ютс  повышенна  емкость фильтровы конденсаторов, т.е. велика установленна  мощность, а следовательно, и стоимость. Кроме того, велик уровен гармонических составл ющих в выходном токе, что затрудн ет питание на грузки, обладающей значительной нел нейностью, какими  вл ютс , наприме магнитострикционные ультразвуковые преобразователи. Целью изобретени   вл етс  расши рение функциональных возможностей и удешевление. Поставленна  цель достигаетс  тем что инвертор снабжен двум  вспомогательными коммутирующими дроссел ми а в качестве индуктивных элементов использованы две первичные обмотки выходного трансформатора, перва  из которых св зана с катодной группой второго мОста обратных вентилей; с точкой соединени  первой последовате льной цепочки и вспомогательного коммутирующего дроссел , включенного между указанной цепочкой и анодной группой второго тиристорного моста, и через первый фильтровой дроссель с положительным входным выводом, а втора  первична  обмотка св зана с анодной группой первого моста обратных вентилей, с точкой соединени  второй последовательной цепочки, с другим вспомогательным коммутирующим дросселем, включенным между указанной цепочкой и катодной группой первого тиристорного моста, и через второй фильтровой дроссель с отрицательным входным выводом, причем одна обкладка фильтрового конденсатора первой последовательной цепочки соединена с катодной группой первого тиристорного мОста, а друга  его обкладка - с катодной группой первого моста обратных вентилей , анодна  группа которого соединена с катодной группой второго тиристорного моЪта. Емкостной элемент может быть выполнен в виде одного конденсатора, а первичные обмотки выходного транс-, форматора снабжены .промежуточными отводами, соединенными каждый с соответствующими фильтровым и вспомогательным коммутирующим дроссел ми, а концы обмоток, соединенные с обкладками конденсатора, подключены к соответствующим мостам обратных вентилей . Кроме того, инвертор может быть снабжен дросселем насыщени , а емкостной элемент выполнен в виде двух . последовательно соединенных конденсаторов , каждый из которых шунтирован соответствующей указанной цепочкой из- встречного диода и первичной обмотки через дроссель насыщени , причем концы первичных обмоток, подключенные к конденсаторам, соединены с соответствующими фильтровыми дроссел ми и соответствующими мостами обратных вентилей, а другие их концы - с коммутирующими дроссел ми. На фиг.1 и 2 представлены схемы инвертора. Инвертор содержит два моста на тиристорах 1-8, мосты обратных вентилей 9-16, всречные вентили 17 и 18, коммутирующие конденсаторы 19-22, коммутирующие дроссели 23 и 24, по-следоватёльные цепочки, состо щие из дополнительных коммутирующих дросселей 25 и 26 и фильтровых конденсаторов 27 и 28, вспомогательные коммутирующие дроссели 29 и 30, конденсатор 31, выходной трансформатор 32 с двум  первичными обмотками 33 и 34 и вторичной обмоткой 35, к которой подключена нагрузка 36, фильтровые . дрОссели 37 и 38.. Схема на фиг.2 содержит дроссель насыщени  39 и второй конденсатор 40. Инвертор (фиг.1) работает следующим образом. В первом такте открываютс  тиристоры 1 и 2 и ток протекает по контурам 27-25-33-1-19-23-20-2-27 и 31-1-19-23-20-2-30-34-31. Величина индуктивности кг1ждого из коммутирующих дросселей 25, 26, 29 и 30 выбираетс  в два раза больше, чем индуктивность дросселей 23 и 24. Это обеспечивает равенство напр жений на всех коммутирующих дроссел х, поскольку каждый такт, работы инвертора по диа гональному дросселю протекает сумма токов, протекающих через дроссели, включенные последовательно с фильтр выми конденсаторами.При этом в моме включени  тиристоров 1 и 2 вентили и 12 остаютс  закрытыми, поскольку контурах 23-9-25-33-31-12-23 и 23-9-27-30-34-12-23 напр жени  на коммутирующих дроссел х, пол рность которых указана на фиг.1, уравновешены и к вентил м 9 и 12 будет приложено обратное напр жение, равное питающему. Во второй половине полупериода тока, когда напр жение на :коммутирующих дроссел х принимает пол рность, указанную на фиг.1 (в скобках) и сумма этих напр жений пр восходит напр жение питани , до которого зар жены фильтровые конденсаторы 27 и 28, открываютс  вентили 10 и 11. С этого момента прекращаетс  ток по тиристорам 1 и 2 и перезар д коммутирующих конденсаторов 19 и 20 на заданном уровне и протекает ток сброса избыточной реа тивной энергии, запасенной в комму|тирующих дроссел х 23, 25 и 30, по контурам 23-10-25-33-31-11-23 и 23-10-27-30-34-11-23. При этом ток. сброса протекает по первичным обмоткам выходного трансформатора в том же напр жении, что и ток пр мых тиристоров инвертора 1 и 2. в нагру ке 36 токи, протекающие через первичные обмотки, суммируютс . Во втором такте открываютс  тиристоры 5 и 6 и ток протекает внача ле по контурам 31-33-29-5-21-24-22-6-31 и 28-5-21-24-22-6-34-34-26-28 а затем, когда открываютс  вентили 14и 15, протекает ток сброса избыточной реактивной энергии, накоплен ной в коммутирующих дроссел х по ко турам 24-14-31-34-26-15-24 и 24-14-33-29-28-15-24. При этом ток тиристоров и ток сброса протекает п первичным обмоткам в другом направлении по отношению к току первого т та. Таким образом, за два такта раб ты инвертора формируетс  полный период выходного тока. В следующих тактах работы инвертора, когда откр ваютс  тиристоры 3, 4 и 7 и 8 проце сы повтор ютс  аналогично описанном С возрастанием сопротивлени  нагрузки увеличиваетс  напр жение на первичных обмотках выходного трансформатора , которое прикладваваетс  к мостам инвертора и критическа  вели чина амплитуды которого составл ет 0,8-0,9 от питающего напр жени . Ог раничение выходного напр жени  на заданном уровне достигаетс  путем сброса избыточной энергии, запасенн в нагрузке, и созданием дополнитель ных путей высокочастотного тока мостов инвертора через встречные вентили помимо первичных обмоток. Встречные вентили 17 и 18 открываютс  в разные полупериоды выходного напр жени , и ток сброса излишней энергии, накопленной в нагрузке, протекает по контурам 33-30-17 и 34-18-30. Регулирование соотношени  вольтодобавГочных витков и витков первичной обмотки позвол ет регулировать уровень ограничени  напр же- . ни , прикладываемого к мостам инвертора . В схеме, изображенной на рис.2, ограничение напр жени  на первичных обмотках выходного траксфс матора достигаетс  путем сброса избыточной энергии, накошшввоА а нагрузке, и создани  путей высокочастотного тока мостов инвертора псмнмо пер вичных обмоток, когда открываютс  вентили 17 и 18. Эти вентили открываютс  с момента, когда напр жение на первичных .обмотках превзойдет напр жение на конденсаторах 31 и 40 и протекает ток сброса избыточной энергии в нагрузке по контурам 33-31-39-17-33 и 34-18-39-40. Ограничение амплитуды напр жени  на первичных обмотках возможно от уровн , равного половине питающего напр жени , до которых зар жены конденса- оры 31 и 40, включенные последовательно по отношению к источнику питани , и выше в зависимости от времени перемагничйвани  дроссел  39. Формула изобретени  1. Последовательный автономный инвертор; содержащий два тиристорных моста, в диагональ переменного тока каждого из которых включена цепоч- ; ка, состо ща  из двух конденсаторов, соединенных через коммутирующий дроссель , включенный в диагональ переменного тока моста обратных вентилей , две последовательные цепочки, включенные кажда  между разноименными группами двух тиристорных мостов и состо щие из фильтрового конденсатора и дополнительного коммутирующего дроссел , причем одна обкладка фильтрового конденсатора второй последовательной цепочки соединена .с анодной группой второго тиристорного моста, а друга  его обкладка - с анодной группой.моста обратных вентилей, соединенного катодной группой с анодной группой первого тиристорного моста, емкостной элемент, св занный с выходньоли выводами и шунтированный двум  цепочками, состо щими кажда  из последовательно соединённых встречного вентил  и индуктивнот го элемента, а также два фильтровых дроссел , отлич. ающийс  тем-, что, с целью расширени  функци нальных возможностей и удешевлени  он снабжен двум  вспомогательньпли коммутирующими дроссел ми, а в качестве индуктивных элементов кспользованы две первичные обмотки вы ходного трансформатора, перва  из которых св зана с катодной группой второго моста обратных вентилей, с точкой соединени  первой последовательной цепочки и вспомогательного коммутирующего дроссел , включен- ного между указанной цепочкой и ано ной группой второго тиристорного моста, и через первый фильтровой дроссель - с положительным входным выводом, а втора  первична  обмотка св зана с анодной группой первого моста обратных вентилей, с точкой соединени  второй последовательной цепочки, с другим вспомогательным коммутирук цим дросселем, включенным между указанной цепочкой и катодной группой первого тиристорного моста и через второй фильтровой дроссель с отрицательным входтал выводом, причем одна обкладка фильтрового конденсатора первой последовательной цепочки соединена с катодной группой первого тиристорного моста, а друга  его обкладка - с катодной гр уппой первого моста обратньк вентилей , анодна  группа kOTOporo соединена с катодной группой второго тиристорного моста. 2,Инвертор ПОП.1, отлича ю щ и и с   тем, что емкостной элемент выполнен в виде одного конденсатора , а первичные обмотки выходного трансформатора снабжены промежуточными отводами, соединенными каждый с соответствующими фильтровым и вспомогательным коммутирующими дроссел ми, а концы обмоток, соединенные с обкладками конденсатора ,. подключены к соответствующим мостам обратных вентилей. 3.Инвертор по П.1, отличающийс  тем, что он снабжен дросселем насыщени , а емкостной элемент выполнен в виде двух последовательно соединенных конденсаторов, каждый из которых шунтирован соответствующей указанной цепочкой через дроссель насыщени , причем концы первичных обмоток, подключенные к конденсаторам, соединены с соответствующими фильтровыми дроссел ми и соответствующими мостами обратных вентилей, а другие их концы - с коммутирующими дроссел ми. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 601576, кл. Н 02 М 7/515, 1977. 2j. Авторское свидетельство CCCJ 425283, кл. Н 02 М 5/42,l974. 3. Авторское свидетельство СССР по за йке 2730527/07, кл. Н 02 М 7/515, 1979.

   5

   s

   -Mrт-

   r

   АЛл.л

   i-JUe

   C -r- M

   в

   Kb

   «

   ;i%

   nW«W AAS3

   -4

   Црпг

   +, т

   %

   йС

   s ЛТ 5

   o

   I

   S