SU1424107A1 - Резонансный высоковольтный инвертор - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к преобразовательной технике и может найти применение в тиристорных преобразовател х дл  индукционного нагрева.Цепь изобретени  - повышение КПД, упрощение конструкции и расширение функциональных возможностей. Инвертор состоит из N-тиристорных мостов 1-3 с обратными диодами. Мосты подключены к источнику питани  через дроссели 4-9. Мезцду мостами включено N коммутирующих контуров, состо т.их из дросселей 10-12 и конденсаторов 13-15. Ток зар да каждого конденсатора 13-15 протекает через тиристор анодной группы последующего моста и тиристор катодной группы предыдущего. Амплитуда выходного тока близка к величине входного тока, при этом напр жение на нагрузке в N раз больше напр жени  источника питани . 4 ил. (Л

Description

u

1чЭ

П г

Изобретение относитс  к преобразовательной технике и может быть использовано в преобразовател х частоты , предназначенных дл  питани  электротехнологических установок.

Цель изобретени  - повышение КПД, упрощение конструкции и расширение функциональных возможностей.

На фиг.1 приведена принципиальна  электрическа  схема инвертора; на фиг.2 и 3 - схемы различных варианто включени  коммутирующих дросселей; на фиг.А - временные диаграммы токов и напр жений в схеме на фиг.1.

Резонансный высоковольтный инвертор (фиг.1) содержит тиристорные мосты 1-3 с обратными диодами, через фильтрующие дроссели 4-9 подключенны выводами посто нного тока к выводам источника питани , коммутирующие дроссели 10-12 и коммутирующие конденсаторы 13-15, причем последний коммутирующий конденсатор 15 подключен между первым вьшодом переменного тока первого моста 1 и вторым выводо переменного тока последнего моста 3, остальные конденсаторы 13 и 14 подключены между вторыми выводами переменного тока предьщущих и первыми выводами переменного тока последующих мостов. В частности, конденсатор 13 св зан с вторым выводом моста 1 и первым выводом моста 2, конденсатор 13 - с вторым выводом моста 2 и первым выводом моста 3. Выводы дл  подключени  нагрузки включены в цепь конденсатора 15. Каждый мост состоит из тиристоров 16-19 и диодов 20-23,

Инвертор работает следующим образом .

Импульсы управлени  подаютс  одновременно на тиристоры 16 и 17 первых диагоналей всех мостов, затем - на тиристоры 18 и 19 вторых диагоналей всех мостов и так далее через равные интервалы времени импульсы поочередно поступают на тиристоры соответствующих диагоналей всех мостов.

После подачи первого импульса на тиристоры 16 и 17 все конденсаторы зар жаютс  от источника питани  чере дроссели и тиристоры 16 и 17 различных мостов напр жением пол рности, указанной на фиг.1. При зтом ток зар да каждого конденсатора протекает через тиристор анодной группы последующего моста и тиристор катодной группы предьщущего. В частности.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ток зар да конденсатора 13 течет по цепи дроссел  6, тиристор 16 моста 2 - дроссель 10 - тиристор 17 моста 1, дроссель 5. Ток, зар жающий кон- денсатор 15, проходит по цепи дрос- сель 4 - тиристор 16 моста 1- нагрузка дроссель 12 - тиристор 17 моста 3.

При подаче второго импульса управлени  на тиристоры 18 и 19 всех мостов образуетс  подключенна  к нагрузке замкнута  последовательна  цепь, состо ща  из диагоналей переменного тока всех мостов коммутирующих дросселей и конденсаторов. В результате колебательного перезар да предварительно зар женных конденсаторов формируетс  втора  полуволна тока в нагрузке . После плавного нарастани  посто нной составл ющей токов, фильтрующих дросселей 4-9 в течение нескольких периодов наступает кваэиуста- новившийс  режим, диаграммы которого показаны на фиг.4.

Рассмотрим один цикл работы инвертора .

Б квазиустановившемс  режиме благодар  большой величине индуктивное-, ти фильтрующих дросселей 4-9 ток в них близок к посто нному (пульсации малы). В момент tg, когда ток провод т тиристоры 16 и 17 конденсаторы зар жены напр жением с пол рностью, указанной на фиг.1, включаютс  тиристоры 18 и 19 всех мостов и последовательно включенные конденсаторы 13, 14, 15 через нагрузку, коммутирующие дроссели 10, 11, 12 и диагонали i;iepe- менного тока мостов и последовательно включенные конденсаторы 13, 14 и 15 через нагрузку, коммутирующие дроссели 16-12 диагонали переменного тока мостов перезар жаютс  по колебательному закону. Эквивалентное напр жение конденсаторов, действующее в контуре перезар да, равно сумме напр жений конденсаторов, амплитуда тока перезар да пропорциональна полному сопротивлению контура перезар да .

На интервале во всех мостах ток провод т все четыре плеча, причем ток нагрузки разветвл етс  по двум параллельным цеп м: тиристор 16 - тиристор 18 и тиристор 19 - тиристор 17,

В момент t, тиристоры 16 и 17 всех мостов выключаютс  и ток пере31

и 23 (провод т цеп

ходит в диоды 22

диод 20 - тиристор 18 и тиристор 19 диод 21). Интервал tj-t, в течение которого провод т диоды 20 и 21 все мостов,  вл етс  временем, предостал емым на восстановление тиристоров 16 и 17.

В момент tj диоды 20 и 21 выключаютс , тиристоры 16 и 17 первой диагонали всех мостов оказываютс  выключенными и перезар д конденсаторов через диагонали переменного ток мостов прекращаетс . На интервале tj-tj конденсаторы 13-15 зар даютс  токами фильтрующих дросселей через включенные тиристоры 18 и 19 мостов. Например, конденсатор 15 зар жаетс  по контуру дроссель 18 - тиристор 18 третьего моста - нагрузка - тиритор 19 первого моста - дроссель 5. На интервале tj-t конденсаторы заржаютс  до напр жени  пол рности, обратной показанной на схеме фиг.1, восполн   энергию, рассе нную в нагрузке и элементах схемы на интервале .

В момент t.j включаютс  тиристоры 16 и 17 и начинаетс  обратный перезр д конденсаторов через нагрузку, к

коммутирующие дроссели и диагонали переменного тока мостов сигнала по параллельным цеп м тиристор 18 - тиристор 16 и тиристор 17 и тиристор 1 ( интервал ), затем по цеп м диод 20 - тиристор 16 и тиристор 17 - диод 23 (интервал ). При этом формируетс  обратна  полуволна тока нагрузки.

В момент ty диоды 22 и 23 выключаютс  и в течение интервала происходит дозар д конденсатором через соответствующие фильтрующие дроссели и тиристоры 16 и 17 всех,мостов

Таким образом в момент t, вновь включаютс  тиристоры заканчиваетс  формирование полного периода выходного тока инвертора.

Как видно на временных диаграммах фиг.4 .амплитуда выходного тока инвертора близка к величине входного тока, при этом напр жение на нагрузке в N раз больше напр жени  источника питани , т.е. в 2 раза превышает выходное напр жение известного устройства. Благодар  этому при той же выходной мощности вдвое меньые выходной ток, что ведет к уменьшению потерь мощности в элементах инверто ., когда 18 и 19

ра

0

5

0

5

0

5

0

0

и линии, св зывающей его с нагру;1- кой.

Следует отметить, что на интерпале ,j и возможно иерапномертюе деление тока в плечах мостов из-за разброса пр мых вольтамперных характеристик вентилей.

Включение коммутирующих дросселей в плечи мостов исключает это  вление. В других вариантах схемы принудительное выравнивание токов достигаетс  включением в противолежащие плечи мостов индуктивных делителей тока с магнитной св зью.

Инвертор имеет симметричную относительно нул  форму выходного тока, поэтому в его спектре отсутствуют втора  и другие четные гармоники. При работе на резонансную нагрузку, например индукционный нагреватель с компенсируюп1ими конденсаторами, это позвол ет в 1,3 раза расширить диапазон регулировани  частоты в сторону снижени  от резонансной, что дает возможность расширить диапазон регулировани  мощности.

Использование устройства позвол ет повысить КПД мощных индукционных нагревательных установок на 3-Д%. Исключение из схемы инвертора N фильтрующих конденсаторов большой емкости, рассчитанных на полный ток нагрузки, упрощает конструкцию и улучшает массо-габаритные характеристики преобразовател . Улучшенна  форма выходного тока и более высокое выходное напр жение при неизменном количестве мостов в схеме расшир ет функциональные возможности схемы.

Возможность включени  коммутирующих дросселей в цепь нагрузки позвол ет упростить их конструкцию, выполнив ее в виде единой катушки. Кроме того, при питании нагрузок, удаленных на рассто ние до нескольких сот метров , индуктивностью коммутирующего дроссел  может служить индуктивность

самой линии.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Резонансный высоковольтный инвертор , содержащий N тиристорных мостов с обратными диодами, через фильтрующие дроссели подключенных выводами посто нного тока к входным выводам, 5 N коммутирующих последовательных LC- цепочек, соединенных с выводами переменного тока мостов, а также цепь нагрузки, отлич ающийс 

   45

   тем, что, с целью повьппени  КПД, упрощени  конструкции и расширени  функциональных возможностей, N-  коммутирующа  LC-цепочка включена последовательно с цепью нагрузки между первым выводом переменного тока первого моста и вторым выводом переменного тока N-ro моста, остальные LC- цепочки подключены между вторыми выводами переменного тока предьщущих и первыми вьгаодами переменного тока последующих мостов.

   1

   I

   Г

   h-o

   Tcfi yf7paffj7ff u

   /ff,f9 Г6,П

   TffffC/ .

   Г6.Г7 72.25

   W.J9

   го, 21

   f/arrp fffent t f6J7

   /8,Г9

   TffH Hoapysf u

   f/arrp effifft /Д /«, J5

   фие.