SU318130A1

SU318130A1 - HIGH-VOLTAGE INVERTER

Info

Publication number: SU318130A1
Application number: SU1365056A
Authority: SU
Inventors: В. В. Морозов Л. С. Пудровский И. Л. Аитов Л. И. Гутин В. Н. Филатов М. А. Пегасо С. М. Кацнельсон; Тульский научно исследовательский технологический институт Уфимский авиационный институт

Description

Изобретение относитс к устройствам преобразовательной техники и может примен тьс в технике индукционного нагрева, в гидролокационных установках в других устройствах повышенной частоты. Известны инверторы со встречными диодами , в которых обеспечиваетс стабильность напр жени на вентил х. Такие инверторы устойчиво работают на переменную нагрузку. Недостатком их вл етс больша крутизна нарастани пр мого напр жени на тиристоpax момент выключени встречных диодов , что ограничивает возможность их применени при высоких напр жени х источника питани . Известны также инверторы на тиристорах без встречных диодов, в которых с целью расширени диапазона входного и выходного напр жени тиристоры соединены последовательно . Дл принудительного выравнивани напр жени по тиристорам параллельно каждому тиристору включены демпфируюшие цепочки, состо шие из последовательно включенных емкости и неуправл емого диода, шунтированного сопротивлением. В таких инверторах приходитс примен ть либо большие емкости в демпфирующих цепочках, что недостаточно на повышенных частотах, либо миритьс с неравномерностью распределени напр жени на тиристорах и дл сохранени их |целости ставить значительно большее количество вентилей с учетом возможной неравномерности распределени напр жени . Кроме того, известны инверторы с последовательно соединенными неуправл емыми диодами. Дл выравнивани распределени напр жени по вентил м в них также примен ютс демпфируюш,ие цепочки. Однако с учетом неравномерности распределени напр жени и коммутационных перенапр жений число вентилей примен ют с коэффициентом запаса равным 3-4. При построении мошных высоковольтны.х инверторов на тиристорах со встречными диодами возникают дополнительные трудности при последовательном соединении вентилей, св занные с необходимостью равномерного распределени не только величины перенапр жений , возникающих в моменты выключени тока неуправл емыми диодами, но и du скорости нарастани напр жени -rj во избежание самопроизвольного отпирани тиристоров и срыва инвертировани . Выравнивание скорости нарастани напр жени на тиристорах со встречно-параллельными диодами с помощью демпфирующих цепочек на повышенных частотах затруднительно , так как неуправл емые диоды при выключении немеют большой разброс по времени восстаповлепи запирающих свойств, и, есди они присоединены параллельно тиристорам , то на тиристорах по вл етс неравномериость распределени напр жени , иав занна им встречными диодами, и, что самое главиое, неравномерность распределени скорости нарастани этого напр жени . Дл серийно выпускаемых , промышленностью тириda сторов, допустима крутизна превышает 100 в/мксек. На повышенной частоте эта величина значительно меньше. При иеравиомерном распределении перенапр жений по вентил м, на отдельных тиристорах скорости нарастани пр мого напр жени могут превышать допустимую величину, что неминуемо ведет к самопроизвольному отпиранию тиристоров и срыву инвертировани . Особенностью предлагаемого высоковольткого инвертора, обеспечиваюш,его равномерное распределение напр жени иа управл емых вентил х при обрыве тока в ветви неуправл емых вентилей, вл етс то, что общие точки последовательно соединенных управл емых вентилей изолированы от общих точек последовательно соединенных неуправл емых вентилей, параллельно которым включены дополнительные RC-цепочки. На чертеже представлена принципиальна схема предлагаемого инвертора. Инвертор содержит управл емые вентили 1-12, неуправл емые дноды /5-20, коммутирующий конденсатор 21, коммутирующий дроссель 22, демпфирующие цепочки, состо щие из диодов 23, 24, конденсаторов 25, 26 и резисторов 27, 28, а также выравнивающие резисторы 29, защитиую дроссельную катущку 30, входной дроссель 31, конденсатор 32 фильтра и нагрузку 33. В установившемс режиме конденсатор 32 фильтра зар жен до напр жени источиика питани . При включении вентилей /-3 и 7-9 происходит перезар д коммутирующего конденсатора 2} через дроссель 22, защитную дроссельную катущку 30, конденсатор 32 и нагрузку 33. Схема инвертора рассчитана на колебательный характер процесса. Через нагрузку 33 протекает положительна полуволна тока в одном (первом) направлении. После того, как напр жение на коммутирующем конденсаторе 21 превысит напр жение источника питани и положительна полуволна тока пройдет.через нулевое значение, указанные тиристоры гаснут. Никаких перенапр жений при обрыве тока тиристоров не возникает, так как открываютс встречные диоды 13, 14 и 17, 18, и по колебательной цепи инвертора протекает отрицательна полуволна тока. Через нагрузку 33 протекает ток в направлении, обратном первому (второе направление). После того, как коммутирующий конденсатор 21 разр дитс до напр жени , меньщего, чем напр жение источника питани , и отрицательна полуволна тока пройдет через нулевое значение, диоды 13, 14 и 17, 18 гаснут. Во врем горени диодов 13, 14 и 17, 18 на тиристорах небольшое обратное напр жение, и они успевают полностью восстанавливать свою управл емость. Затем включаютс вентили 4-6 и 10-12, и конденсатор 21 начинает снова перезар жатьс . Через нагрузку 33 протекает втора положительна полуволна тока в первом направлении. После обратного перезар да коммутирующего конденсатора 21 и погасани тиристоров 4-6 и 10-12 включаютс диоды 15, 16 и 19, 20, и через нагрузку 33 протекает втора отрицательна полуволна тока. Таким образом, в течение одного цикла работы всех вентилей инвертора на выходе имеютс два периода напр жени , близкого по форме к синусоидальному, без посто нной составл ющей, так как нагрузка 33 подключена к инверторному мосту через конденсатор 32 фильтра. Неуправл емые диоды 13-15, 16-20 дл восстановлени своих запирающих свойств требуют времени, которое составл ет 6-10 мксек и имеет разброс по отдельным вентил м . Поэтому после перехода отрицательной полуволны тока встречных диодов через нулевое значение, эти диоды иаход тс некоторое врем в состо нии проводимости, и через них протекает обратный ток. После восстановлени запирающих свойств диодов, обратиый ток, протекающий через иих, обрываетс с очень большой скоростью, что приводит к возникновению перенапр жений за счет энергии , запасенной в индуктивност х катушек 22 и 30. Эти перенапр жени вл ютс обратными ДЛЯ встречных диодов и пр мыми дл тиристоров. Частичное выравнивание их распределени по диодам достигаетс демпфирующими цепочками 23, 25, 27. Обеспечить идеальную равномерность напр жени по диодам невозможно, поскольку диоды имеют больщой разброс по времени восстановлени запирающих свойств и большую собственную емкость переходов в момент выключени тока . При этом наибольша крутизна нарастаии - и величина обратного дл диодов перенапр жени будет на вентиле, имеющем меньшее врем запирани . Так как каждое плечо инвертора выполнено в виде двух встречно-параллельно включенных ветвей, одна из которых содержит только последовательно соединенные тиристоры, а друга - только последовательно соединенные диоды, то к тиристорам прикладываетс суммарна величина перенапр жений, возникающих при выключении диодов. Выравнивание распределени крутизны нарастани напр жени - встречных диодов уже успевают восстановить свои первоначальные свойства. Так как в инверторах на тнрпсторах со встречно-параллельными диодами число последовательно включенных тиристоров определ етс не только величиной напр жени , но и главным образом допустимой скоростью нарастани пр мого напр жени , котора не зависит от класса вентилей, предлагаемый высоковольтный инвертор позвол ет применить минимальное число последовательно включенных тиристоров с учетом класса вентилей и допустимой скорости нарастани пр мого напр жени . Число же последовательно включенных диодов выбираетс независимо от тиристоров, определ етс только по рабочему напр жению с учетом необходимого запаса из-за неравномерности распределени напр жени по диодам.The invention relates to devices for converting technology and can be used in induction heating technique, in sonar installations in other devices of increased frequency. Known counter-diode inverters are known to provide voltage stability at the valves. Such inverters operate stably for variable load. Their disadvantage is the large steepness of the increase in the direct voltage on the thyristor at the moment when the counter diodes are turned off, which limits the possibility of their application at high voltages of the power source. Inverters on thyristors without counter diodes are also known, in which in order to expand the input and output voltage ranges, the thyristors are connected in series. For the forced alignment of the voltage across the thyristors, parallel to each thyristor, damping circuits are included, consisting of series-connected capacitors and an uncontrolled diode, shunted by the resistance. In such inverters, either large capacitances in the damping chains have to be used, which is insufficient at higher frequencies, or reconciled with an uneven distribution of voltage across the thyristors and, to preserve their integrity, put a much larger number of valves, taking into account possible unevenness of the voltage distribution. In addition, inverters with series-connected uncontrolled diodes are known. To even out the distribution of the voltage across the valves, they also use damping chains. However, taking into account the uneven distribution of voltage and switching overvoltages, the number of valves is used with a safety factor of 3-4. When constructing high-power high-voltage inverters on thyristors with counter-diodes, additional difficulties arise when the gates are connected in series, due to the need to evenly distribute not only the overvoltages arising at the time of switching off the current by uncontrollable diodes, but also the voltage rise rates -rj in order to avoid spontaneous unlocking of thyristors and breakdown of inversion. Alignment of the rate of increase of voltage on thyristors with counter-parallel diodes with the help of damping chains at higher frequencies is difficult, because uncontrolled diodes turn off a large scatter in time to turn off locking properties, and then they are connected in parallel to the thyristors, then The uneven distribution of the voltage, as well as the opposite diodes, and, most importantly, the uneven distribution of the rate of increase of this voltage. For commercially available thyristor industry, the allowable slope is greater than 100 i / sec. At an increased frequency, this value is much smaller. With the idiomimensional distribution of overvoltages across the valves, on individual thyristors, the growth rate of the direct voltage can exceed the permissible value, which inevitably leads to spontaneous unlocking of the thyristors and disruption of the inversion. The peculiarity of the proposed high-voltage inverter, ensuring its uniform distribution of voltage and controlled valves when the current is broken in the branch of uncontrolled gates, is that the common points of series-connected controlled gates are isolated from the common points of series-connected uncontrolled gates, in parallel to which additional RC chains included. The drawing shows a schematic diagram of the proposed inverter. The inverter contains controllable valves 1-12, uncontrolled danes / 5-20, switching capacitor 21, switching throttle 22, damping chains consisting of diodes 23, 24, capacitors 25, 26 and resistors 27, 28, as well as equalizing resistors 29, a protective choke 30, an input choke 31, a filter capacitor 32 and a load 33. In the steady state, the filter capacitor 32 is charged before the voltage of the power supply. When the valves / -3 and 7-9 are turned on, the recharge of the switching capacitor 2} occurs through the choke 22, the protective choke coil 30, the capacitor 32 and the load 33. The inverter circuit is designed for the oscillatory nature of the process. Through the load 33 a positive half-wave of current flows in one (first) direction. After the voltage on the switching capacitor 21 exceeds the voltage of the power source and the positive half-wave of the current passes. After a zero value, the indicated thyristors go out. No overvoltages occur when the thyristor current is broken, as the counter diodes 13, 14 and 17, 18 open, and a negative half-wave current flows through the oscillator circuit. Through the load 33 current flows in the direction opposite to the first (second direction). After the switching capacitor 21 is discharged to a voltage lower than the voltage of the power source and the negative half-wave of the current passes through zero, the diodes 13, 14 and 17, 18 go out. During the burning of diodes 13, 14 and 17, 18 on thyristors there is a slight reverse voltage, and they manage to fully regain their controllability. Then the valves 4-6 and 10-12 are turned on, and the capacitor 21 begins to recharge again. Through the load 33 flows the second positive half-wave of the current in the first direction. After reverse recharging the switching capacitor 21 and extinguishing the thyristors 4-6 and 10-12, diodes 15, 16 and 19, 20 turn on, and the second negative half-wave current flows through load 33. Thus, during one cycle of operation of all inverter valves, there are two periods of voltage close to sinusoidal, without a constant component at the output, since the load 33 is connected to the inverter bridge through a filter capacitor 32. Uncontrolled diodes 13-15, 16-20 to restore their locking properties take time, which is 6-10 microseconds and has a spread across the individual valves. Therefore, after passing the negative half-wave of the current of the opposite diodes through a zero value, these diodes go for a certain time in the conduction state, and the reverse current flows through them. After the restoration of the blocking properties of the diodes, the reverse current flowing through them breaks off at a very high speed, which leads to overvoltages due to the energy stored in the inductances of the coils 22 and 30. These overvoltages are reverse for the opposite diodes and direct for thyristors. Partial alignment of their distribution across the diodes is achieved by damping chains 23, 25, 27. It is impossible to ensure perfect uniformity of voltage across the diodes, since the diodes have a large variation in the recovery time of the locking properties and a large intrinsic capacitance of the transitions at the moment the current is turned off. In this case, the greatest steepness of the increase — and the reverse value for overvoltage diodes will be on the valve having a shorter shut-off time. Since each inverter arm is made in the form of two opposite-parallel-connected branches, one of which contains only series-connected thyristors, and the other only series-connected diodes, the total amount of overvoltages arising when the diodes are turned off is applied to the thyristors. The alignment of the distribution of the steepness of the voltage rise - the oncoming diodes already manage to restore their original properties. Since, in inverters with counter-parallel diodes, the number of series-connected thyristors is determined not only by the magnitude of the voltage, but mainly by the allowable rate of increase of the direct voltage, which does not depend on the class of gates, the proposed high-voltage inverter allows you to apply a minimum number series-connected thyristors taking into account the class of valves and the admissible rate of increase of the direct voltage. The number of series-connected diodes is chosen independently of the thyristors, it is determined only by the operating voltage, taking into account the necessary margin due to the uneven distribution of the voltage across the diodes.

Предмет изобретени Subject invention

Высоковольтный инвертор, содержащий j каждом плече включенные встречно-параллельно ветви, одна из которых выполнена из последовательно соединенных управл емых вентилей, шунтированных RC-цепочками, ,1 друга - из последовательно соединенных неуправл емых вентилей, отличающийс тем,A high-voltage inverter containing j each arm connected antiparallel branches, one of which is made of series-connected controlled gates, shunted by RC-chains, 1 other - of series-connected uncontrolled gates, characterized by

что, с целью равномерного распределени: напр жени на управл емых вентил х ирл обрыве тока в ветви неуправл емых вентилей , общие точки последовательно соединенных управл емых вентилей изолированы огthat, in order to evenly distribute: the voltage on the controlled valves рrl the current interruption in the branch of the uncontrolled valves, the common points of the series-connected controlled valves are isolated

общих точек последовательно соединенных неуправл емых вентилей, причем параллельно неуправл емым вентил м подсоединены дополнительные RC-цепочки.common points of series-connected uncontrolled gates, with additional RC chains connected in parallel with unmanaged gates.