SU767920A1

SU767920A1 - Self-contained series inverter

Info

Publication number: SU767920A1
Application number: SU782696404A
Authority: SU
Inventors: Виктор Васильевич Шипицын; Владислав Игоревич Лузгин; Алексей Алексеевич Новиков; Андрей Александрович Рухман; Вениамин Викторович Дрягин; Анатолий Васильевич Абрамов; Олег Леонидович Кузнецов; Федор Николаевич Маричев; Виль Готеевич Сафин; Генрих Николаевич Ягодов; Владимир Николаевич Макаров; Дмитрий Васильевич Чуркин
Original assignee: Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. С.М.Кирова
Priority date: 1978-12-18
Filing date: 1978-12-18
Publication date: 1980-09-30

Description

(54) АВТОНОМНЫЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ (54) AUTONOMOUS SERIAL

1one

Изобретение относитс к преобразовательной технике и может быть использовано дл индукционного нагрева металлов, а также в ультразвуковой технологии.The invention relates to a converter technique and can be used for the induction heating of metals, as well as in ultrasonic technology.

Известны последовательные инверторы, в которых сброс избыточной рективной энергии , запасенной в коммутирующем контуре, осуществл етс , с коммутирующих дросселей на дополнительный конденсатор 1.Serial inverters are known in which the excess reactive energy stored in the switching circuit is discharged from the switching chokes to the additional capacitor 1.

В таких схемах достигаетс ограничение напр жени на элементах инвертора при малых эквивалентных сопротивлени х нагрузки. Однако дл достаточно эффективного ограничени указанных .напр жений необходимо всю коммутирующую индуктивность выносить из моста инвертора и охватывать контуром рекуперации. При этом к пр мым вентил м инвертора на интервале времени работы противофазных вентилей прикладываетс полное напр жение коммутирующего конденсатора, поэтому напр жение на пр мых вентил х инвертора оказываетс все же высоким.In such circuits, the voltage is limited on the inverter elements with small equivalent load resistances. However, for a sufficiently effective limitation of the indicated voltages, it is necessary to remove the entire switching inductance from the inverter bridge and cover it with a recovery loop. In this case, the full voltage of the switching capacitor is applied to the direct inverter valves in the time interval of the operation of the antiphase valves, therefore the voltage on the direct inverter valves is still high.

Наиболее близким вл етс инвертор, который содержит вентильный мост, в диагональ которого включен коммутирующий конденсатор , две цепочки, состо щие из послеThe closest is the inverter, which contains a valve bridge, the diagonal of which includes a switching capacitor, two chains consisting of

довательно соединенных через половины противофазных коммутирующих дросселей, общий вывод которых служит дл подключени нагрузки, двух фильтровых конденсаторов , причем перва цепочка включена между анодами вентилей моста, подключенными через фильтровые дроссели к положительному входному зажиму, а втора - между катодами вентилей моста, подключенными через фильтровые дроссели, к отрицательному входному зажиму, а к отпайкам 10 фильтровых дросселей подключен вспомогательный конденсатор, обкладки которого подсоединены через встречные вентили к обкладкам фильтровых конденсаторов соединенным с коммутирующими дроссел ми 2.connected through halves of antiphase commutating chokes, the common output of which serves to connect the load, two filter capacitors, the first chain connected between the anodes of the bridge valves connected via filter chokes to the positive input terminal and the second between the cathodes of the bridge valves connected through filter chokes , to the negative input terminal, and to the tapings of 10 filter chokes, an auxiliary capacitor is connected, the plates of which are connected through head The first valves to the plates of the filter capacitors connected to the switching throttle 2.

1515

Эта схема позвол ет снизить напр жени на вентил х, поскольку к ним прикладываетс геометрическа сумма напр жений на коммутирующем конденсаторе, коммутирующем дросселе, нагрузке и источни20 ке питани в момент работы противофазных вентилей.This circuit reduces the voltages on the valves, since they are applied to the geometric sum of the voltages on the switching capacitor, switching throttle, load and power supply at the time of the antiphase valves.

Такие инверторы целесообразно использовать в ультразвуковом диапазоне частот. J В П Г I ИНВЕРТОР ; Qit--.. V, .,(.,,,,..дSuch inverters should be used in the ultrasonic frequency range. J IN P I I INVERTER; Qit-- .. V,., (. ,,,, .. d

псзскбльку к пр мым вентил м прикладываетс значительно обратное напр жение на увеличенном интервале времени , предоставл емом дл их восстановлени управл емости . Однако Нагрузкой в ультразвуковой технологии обычно вл ютс магнитострикцйонные или пьезокерамические преобразователи . В первом случае обмотка магиитостриктора хот и компенсируетс параллельной емкостью, но нагрузочный контур оказываетс низкодобротным и нелинейным, а во втором случае (гагрузка носит характер, близкий к активному. В св зи с этим и в первом и во втором случа х предъ вл ютс , повышенные требовани к уровню гармонических составл ющих в форме выходного Tovia. Поскольку в рассматрива емых инверторах осуществл етс односторонн подпитка высокочастотным током моста инвертора (снизу вверх), в выходном токе имеютс как четные, так н нечетные тармоничёские составл ющие, уровень которых достигает 40%.For example, a reverse voltage is applied to the forward valves for an extended period of time, provided to restore their controllability. However, the load in ultrasound technology is usually magnetostrictive or piezoceramic transducers. In the first case, although the magnetostrictor winding is compensated by a parallel capacitance, but the load circuit is low-Q and non-linear, and in the second case (the load is close to the active one. In connection with this, in both the first and the second cases, requirements for the level of harmonic components in the form of output Tovia. Since the inverters in question are one-sidedly fed by high-frequency current of the inverter bridge (from the bottom up), there are even and even odd numbers in the output current tarmonichoskie constituents whose level reaches 40%.

Недостатком рассматриваемой схемы вл етс и то, что амплитуда напр жени на нагрузке ограничиваетс на уровне, равном напр жению питани и выше, в зависимостиот величины емкости вспомогательного конденсатора. Этого оказываетс недостаточно дл того, чтобы сохранить интервал времени, предоставл емый дл восстановлени управл емости пр мых вентилей в широком диапазоне изменени активного и реактивного сопротивлений нагрузки .The disadvantage of this scheme is that the amplitude of the voltage across the load is limited to a level equal to the supply voltage and higher, depending on the capacitance value of the auxiliary capacitor. This is not enough to save the time interval provided to restore the controllability of direct gates in a wide range of variation of active and reactive load resistances.

Цель изобретени - снижение уровн гар-монических составл ющих выходного тока и повышение надежности.The purpose of the invention is to reduce the level of the harmonic components of the output current and increase reliability.

Дл достижени поставленной цели инвертор , содержащий преобразовательную чейку, состо ш.ую из тиристорного моста с коммутируюшим конденсатором в диагонали переменного тока и двух последовательных цепочек, состо щих кажда из двух фильтровых конденсаторов, соединенных через полуобмотки противофазных коммутируюнаих дросселей, и включенных перва между анодами, а втора - между катодами тиристоров моста, подключенных к крайним выводам полуобмоток фильтровых дросселей , соединенным через диоды, включенные в обратном направлении, с отпайками соответствующих полуобмоток коммутирующих дросселей, общие точки кбторых соединены с одним из выходных выводов, причем средние выводы фильтровых дросселей чейки через ограничивающие дроссели и вспомогательный конденсатор св заны с вход ными выводами, а вспомогательный конденсатор через встречные диоды св зан с точками соединени фильтровых конденсаторов Гб15ШЗтйруюЩИ1Йй Яроссел ми соответствующих последовательных цепочек чейки и через два обратных диода по крайней мере е одни и из выходных выводов, снабжен второй идентичной преобразовательной чейКОЙ , обн1а точка полуобмоток коммутирующих дросселей первой последовательной цепочки которой соединены с общей точкой коммутирующих полуобмоток второй цепочки первой чейки, обща точка коммутирующих полуобмоток первой цепочки первой чейки соединена с общей точкой полуобмоток второй цепочки второй чейки, а вспомогательный конденсатор соединен со средними выводами фильтровых дросселей второй чейки и через дополнительные встречные диоды - с точками соединени конденсаторов с дроссел ми ее цепочек.To achieve this goal, an inverter containing a converter cell, consisting of a thyristor bridge with a switching capacitor in the alternating current diagonal and two successive circuits, each consisting of two filter capacitors, connected through the half windings of the phase commutating chokes, and connected first between the anodes, and the second - between the cathodes of the thyristors of the bridge, connected to the extreme terminals of the semi-windings of filter chokes, connected via diodes connected in the opposite direction, with By matching the corresponding half windings of switching chokes, the common points are connected to one of the output pins, the middle leads of the filter chokes of the cell through the limiting chokes and the auxiliary capacitor are connected to the input pins, and the auxiliary capacitor is connected to the junction of the filter capacitors G15 HW to send the auxiliary capacitor through counter diodes to the connection points of the filter capacitors. Mits of the corresponding successive cell circuits and, through two reverse diodes, at least one of the output pins, is provided with a second and the identical converting cell, the point of the semi-windings of the commutating chokes of the first sequential chain of which is connected to the common point of the switching semi-windings of the second chain of the first cell, the common point of the switching semi-windings of the first chain of the first cell of the second cell, and the auxiliary capacitor are connected to the middle filter terminals chokes of the second cell and through additional counter diodes - with the points of connection of the capacitors with the throttle e chains.

Кроме того, инвертор снабжен третьим обратным диодом и дополнительным конденсатором , одна обкладка которого подключена к одному выходному выводу, а втора через одил обратный диод - к положительной обкладке вспомогательного конденсатора , через второй обратный диод - к другому выходному выводу, соединенному через третий обратный диод с отрицательной обкладкой вспомогательного конденсатора. Инвертор снабжен третьим и четвертым обратными диодами иидвум дополнительными последовательными цепочками, подключенными параллельно вспомогательному конденсатору и состо щими кажда изIn addition, the inverter is equipped with a third reverse diode and an additional capacitor, one plate of which is connected to one output pin, and the second through the return diode - to the positive plate of the auxiliary capacitor, through the second return diode - to another output pin connected through the third reverse diode to negative lining of the auxiliary capacitor. The inverter is equipped with third and fourth reverse diodes and two additional series circuits connected in parallel to the auxiliary capacitor and each consisting of

двух дросселей и двух конденсаторов, общие точки которых подключены к одному из выходных выводов, св занному через два обратных диода с точками соединени дросселей с конденсаторами соответствующей дополнительной цепочки.two chokes and two capacitors, the common points of which are connected to one of the output pins connected through two reverse diodes to the connecting points of the chokes with the capacitors of the corresponding additional chain.

Схемы инвертора представлены на фиг. 1 и 2.The inverter circuits are shown in FIG. 1 and 2.

Инвертор (фиг. 1) содержит два тиристорных моста, собранных на тиристорах 1-8 в диагонали которых включены коммутирующие конденсаторы 9, 10, коммутирующие дроссели 11 -14, фильтровые дроссели 15, фильтровые конденсаторы 16-23, встречные диоды 24-31, обратные диоды 32-34, ограничивающий дроссель 35, вспомогательный конденсатор 36, нагрузка 37, диодыThe inverter (Fig. 1) contains two thyristor bridges assembled on thyristors 1-8 in the diagonal of which include switching capacitors 9, 10, switching chokes 11-14, filter chokes 15, filter capacitors 16-23, counter diodes 24-31, reverse diodes 32-34, limiting choke 35, auxiliary capacitor 36, load 37, diodes

38-45, дополнительный конденсатор 46. 38-45, additional capacitor 46.

Инвертор работает следующим образом. Впервом такте открываютс тиристоры 1, 2 и импульс тока, близкий к синусоидальному , протекает по контуру: 1-9-2 гThe inverter works as follows. In the first cycle, thyristors 1, 2 are opened and the current pulse, which is close to sinusoidal, flows along the contour: 1-9-2 g

5 11-37-11 х 1-Во второй половине полупериода выходного тока, когда напр жение на коммутирующем дросселе 11 мен ет знак и превышает напр жение питани , до которого зар жен конденсатор 36, открываютс тиристоры 25, 30 и протекает5 11-37-11 x 1-In the second half of the half-cycle of the output current, when the voltage on the commutating choke 11 changes sign and exceeds the supply voltage up to which the capacitor 36 is charged, the thyristors 25, 30 open and flow

ток сброса избыточной реактивной энергии, запасенной в указанном дросселе по контуру: 11-25-36-30-11-37-11, т. е. по нагрузке в ту же сторону (снизу вверх), что и ток моста инвертора. Во втором такте открываютс тиристоры 5, 6 второго моста, и ток протекает, по контуру 5-10-6 2f discharge current of excess reactive energy stored in the specified choke along the contour: 11-25-36-30-11-37-11, i.e. on the load in the same direction (bottom to top), as the current of the inverter bridge. In the second cycle, the thyristors 5, 6 of the second bridge are opened, and current flows through the circuit 5-10-6 2f

Claims

13-37-13 C, 5 5. In the second half of the current half-period, when the voltage at the switching choke 13 changes sign and exceeds the voltage by. the capacitor 36, the diodes 24, 31 are opened and the discharge current of excess energy stored in the specified inductor along the circuit flows: 36-31 - 13-37-13, i.e., in the same direction as the current of the second bridge, but now from the top down. In two cycles of operation of the inverter, the full period of the output current is generated. In subsequent cycles, the inverter operates as described. At the same time, in the third cycle, the thyristors 3, 4 are opened, the current first flows along the contour: 3-9-4 g -12-37-12 X, 0 -3, and then along the contour 12-26-36-29-12-37- 12. In the fourth cycle, the thyristors 7, 8 are opened, and the current flows first along the contour: 7-10-8 Сго -14-37-14 d -7, and then along the contour: 14-27-36-28- 14-37-14 . With an increase in the equivalent resistance of the load, the voltage on it increases, and the voltage on the capacitor 46, which is recharged to a level equal to the amplitude of the output voltage, also increases. From the moment when the amplitude of the voltage on the load reaches half the supply voltage, a positive voltage will be applied to the diodes 32, 34, since the sum of the voltages on the capacitor 46 and on the load 37 exceeds the voltage on the capacitor 36 charged to the voltage nutrition By unlocking the diodes 32, 34, a discharge current of excess reactive energy stored in the load flows through the circuit: 37-46-32- 36-34-37 and additional current paths of the inverter bridges are formed in addition to the load, for example, in the first cycle the current at the beginning flows along the contour: 17-1-9-2-22-11 37-11 -17, and then, when the diodes 32, 34 are open along the contour: 17-1-9-2-22-11 - -06-32- 36-3 4-11 -17. In this case, the capacitor 46 is energized. In the second cycle, the voltage on the load will open up the diode 33 and the capacitor 35 will be recharged by the discharge current of the excess energy stored in the load, and also forms the current path of the inverter bridge in addition to the load. For example, in the second cycle, the thyristors 5, 6 are opened and the current first flows along the circuit: 1b-5 10-6-23-13-37-13-16, then, when the diode opens. 33, along the contour: -1b-5- -10-6-23-13-33-46-13-16. In the following cycles, the processes are repeated as described. The average voltage on the capacitor 46 is maintained at half the supply voltage. FIG. 2 shows an inverter circuit in which the excess energy stored in the load is discharged on the capacitor 46-49 by means of diodes 31-34, 50, charged up to half of the supply voltage along the circuits: 37-32-47-37; 3748-35-37 in the first half period of the output voltage and 37-33-46-37; 37-49-34-37- - in the second half period of the output voltage. As in the previous case, additional circuits are formed through diodes 32-34, 50 for the current of the inverter bridges in addition to the load, this ensures the switching stability of the inverter as the load resistance increases. Thus, the circuit provides a symmetrical feeding of the load with the high frequency inverter bridges in each half-period of the output voltage, which reduces the level of harmonic components in the output current, increases the efficiency of the installation, allows you to limit the amplitude of the output voltage at a level equal to the floor supply voltage and higher, depending on the value of the capacitance of the additional capacitor 46 (the optimum ratio of the output voltage amplitude and supply voltage is in the range of 0.8-0.9), which ensures stable operation of the inverter (without reducing the time provided to restore the controllability of direct valves) in the range of variation of the equivalent load resistance from 0 to <0. In addition, the scheme creates the most favorable conditions for operating the primary valves, since they are applied to a 20-30% lower direct and reverse voltage in relation to the first of the considered schemes, and the discharge of excess reactive energy stored in the switching circuits It is carried out both in the first and in the second half of the current half-cycle, which also increases the efficiency of voltage limiting on the inverter elements. Claims 1. An autonomous series inverter containing a converter cell consisting of a thyristor bridge with a switching capacitor in the alternating current diagonal and two successive chains consisting each of two filter capacitors connected via half-windings of antiphase switching throttles, and connected first between the anodes, and the second - between the cathodes of the thyristors of the bridge, connected to the extreme terminals of the semi-windings of filter chokes, connected through diodes included in the reverse ohm direction, with taps of the respective semi-windings of commutating chokes, the common points of which are connected to one of the output pins, and the average outputs of the filter chokes of the cell are connected to the input coils through the limiting chokes and the auxiliary capacitor

pins, and the auxiliary capacitor through counter diodes is connected to the connecting points of the filter capacitors with commutating throttles of the corresponding successive cell chains and through two reverse diodes with at least one of the output terminals, different in order to reduce the level of harmonic components of the output current and increase reliability, it is equipped with a second identical converter cell, the common point of the semi-winding commutating chokes of the first serial chain of which is connected to the common point of the switching semi-windings of the second chain of the first cell, the common point of the switching semi-windings of the first chain of the first cell is connected to the common point of the semi-windings of the second chain of the second cell, and the auxiliary capacitor is connected to the middle terminals of the filter chokes of the second cell and through additional counter diodes to the points of connection of the capacitors to the throttles mi its chains.

2. The inverter according to claim 1, characterized in that it is provided with a third reverse diode and an additional capacitor, one plate of which is connected to one output terminal, and the second through one reverse diode - to the positive plate of the auxiliary capacitor, through the second reverse diode - to to another output terminal connected through the third reverse diode with a negative plate of the auxiliary capacitor.

3. The inverter according to claim 1, characterized in that it is provided with a third and fourth reverse diodes and two additional

a series of circuits connected in parallel to the auxiliary capacitor and each consisting of two chokes and two capacitors, the common points of which are connected to one of the output pins connected through two reverse diodes to the connecting points of the chokes with the capacitors of the corresponding additional chain.

Sources of information taken into account in the examination

1- USSR author's certificate in application number 2512556/07, cl. H 02 M 7/515, 1977.

2. USSR author's certificate in application - 2588185/07, cl. H 02 M 7/515, 09.03.78.