SU877754A1 - Инвертор - Google Patents

Description

(54) ИНВЕРТОР

I

Устройство относитс  к преобразовательной технике, предназначено дл  преобразовани  посто нного напр жени  в переменное и может быть использовано дл  питани  мощных нагрузок.

Известны схемы мощных инверторов. Такие схемы подраздел ютс  на полумостовые, мостовые, одиофазные, трехфазные с одноступенчатой коммутацией, с двухступенчатой коммутацией и др. |1 и 2.

Известно, что при работе инверторов в дросселе и конденсаторе накапливаетс  избыточиа  энерги . В большинстве разноцидиостей инверторов накопление возникает при работе устройства на нагрузку, а в некоторых инверторах накоплеиие имеет место также и в режиме холостого хода (в инверторах , у которых перезар дка коммутируют -, го конденсатора происходит через источник питани ) (3).

Избыточна  энерги  возрастает от такта к такту работы устройства, при этом накопление увеличиваетс  с ростом частоты так-, тов и тока нагрузки.

Накопление избыточной энергии про вл етс  в увеличении напр жени  на конденсаторе и св занных с ним элементах. Это приводит к перенапр жени м, выходу из стро  элементов н понижению КПД.

Эти недостатки отчасти ослабл ютс  в инверторах с цеп ми сброса нзбыточной энергии .

Жесткое ограничение накоплени  может быть осуществлено с помощью простейшей цепи сброса-диода, который фиксирует напр жение на конденсаторе на уровне напр жени  источника питани . Менее жесткое 0 ограничение получаетс  при введении последовательно с диодами резистора |4.

Однако в этих случа х КПД низкий, так как избыточиа  энерги  pacceивaetc  иа диодах и резисторах в виде тепла.

Более эффективное ограничение иакопИ лени  и повышение КПД обеспечиваетс  в случае применени  трансформаторного сбро са, когда избыточна  энерги  возвращаетс  в источник питаии . Реализаци  этого вида сброса может быть выполиена несколькими методами.

20

Например, ес-ин нагрузка подключаетс  к инвертору с помощью силового трансформатора , то трансформаторный (автотрансформаторный ) сброс получаетс  при подсоединении веитилей (диодов) к части его первичной обмотки 3. Если силовой трансформатор отсутствует, то сброс может быть осуществлен за счет дополнительной обмотки в дросселе |5|. Совмещение цепей сброса и цепей, выполн ющих другие функции, в одном элементе вызывает существенное усложнение этого элемента и, кроме того, не всегда можно удовлетворить противоречивым требовани м по электрическим параметрам к цеп м. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  инвертор, содержащий силовые тиристоры , конденсатор (конденсаторы) и дроссель. Цепь сброса выполнена с применениём трансформатора, первична  обмотка которого подсоединена через вентиль к дросселю, а вторична  обмотка через двухполупериодный выпр митель - к источнику напр жени  (6. Известное устройство имеет повыщениое значение напр жени  на конденсаторе и относительно низкий КПД. Цель изобретени  - ограничение перенапр жений и повышение КПД. Указанна  цель достигаетс  тем, что в инверторе, содержащем подключенную ко входным выводам преобразовательную  чейку на тиристорах с последовательным коммутирующим LC-контуром, соединенным с первичной обмоткой трансформатора сброса, подключенной ко входным выводам через обратные вентили, причем вторична  обмотка указанного трансформатора соединена со входными Выводами через выпр митель, первична  обмотка трансформатора сброса включена между дросселем и конденсатором последовательного LC-контура. На фиг. 1-4 изображены варианты схем устройства. Схемы содержат силовые тиристоры I и 2, коммутирующий ЬС контур, состо щий из конденсатора 3 и дроссел  4, нагрузку 5, трансформатор 6 сброса, с первичной 7 и вторичной 8 обмотками, причем первична обмотка 7 присоединена через обратные вентили 9 и 10 и тиристоры 1 и 2 к дросселю, а вторична  обмотка 8 через выпр митель (вентили 11 -14) - к источнику питани . Первична  обмотка 7 включена между конденсатором 3 и дросселем 4 и последовательно с ними. Некоторые разновидности инверторов содержат также и другие -элементы. Дл  индивидуальной коммутации силовых тиристоров служат дополнительные тиристоры 15 и 16 (фиг. 3 и 4), а с целью уменьшени  обратных напр жений параллельно силовым тиристорам подсоединеиы обратные диоды 17 и 18. Вместо одного коиденсатора 3 и тогда примен ют равноценную схему с двум  конденсаторами, как это показано штриховой линией на фиг. 1-3. За исключением процесса сброса избыточной энергии устройство работает аналогично известным. Рассмотрим работу инвертора на примере варианта по схеме на фиг. 1. Допустим, вначале открыт тиристор 1. Напр жение источника питани  -f ЕП прикладываетс  к нагрузке 5 через дроссель 4. Конденсатор 3 зар жен в предыдущем такте до напр жени  -t-EpC пол рностью, показанной на фиг. 1 без скобок. В следующий такт импульс управлеии  открывает тиристор 2. При этом напр жение конденсатора 3 через обмотку 7 трансформатора прикладываетс  к нижней полуобмотке дроссел  4. В силу электромагнитной св зи между полуобмотками на .верх-, ней полуобмотке возникает напр жение, равное ЕП, которое, складыва сь с напр жением на конденсаторе 3, запирает тиристор 1. Нагрузка через тиристор 2 подключаетс  к отрицательному выводу источника питани . Конденсатор 3 разр жаетс  по цепи 3-7-4 -2 (-ЕП)-3. Ток разр дки имеет колебательиый характер (колебательный контур образован элементами 3 и 4). Поэтому конденсатор, разр дившись до нул , перезар жаетс  до иапр жени  ЕП с противоположной пол рностью (на фиг. 1 показана в скобках) и далее стремитс  перезар дитьс  до более высокого напр жени . Последнее вызвано тем, что в контуре с конденсатором уже имелась энерги  дроссел , запасенна  при протекании через него тока нагрузки , и, кроме того, при перезар дке конденсатора через источник питани  Е в контуре накопилась дополнительна  энерги . Дальнейшему росту напр жени  на конденсаторе 3 начинает преп тствовать вентиль 10, открывающийс  при .достижении УС -ЕП. В этот момент образуетс  контур сброса 4-Ч-10-б-4, в котором дроссель 4 подключен через вентили 2 и 10 параллельно первичной обмотке. 7 трансформатора 6. Поскольку вторична  обмотка трансформатора подсоединена через выпр митель к источнику питани , то вс  избыточна  энерги  возвращаетс  b этот источиик. В следующем такте процессы в схеме протекают аналогично . Частота тактов задаетс  управл ющими импульсами, поступающими поочередно на тиристоры I и 2. El схеме первична  обмотка 7 трансформатора включена последовательна в цепь разр дки и зар дки (перезар дки) конден-. сатора 3, т.е. в цепь переменного тока. Поэтому вторична  обмотка 8 подсоединена к двухполупериодному выпр мителю 11 -14. При рассмотрении взаимодействи  элементов в схеме можно видеть, что в течение сброса открыты одновременно вентили 9 и 13 (или 11) либо вентили 10 и 14 (или 12). Отсюда следует, что функции этих пар вентилей можио совместить. На фиг. 2 показан такой вариант: вместо вентилей 9 и 13

установлен вентиль 9, а вместо вентилей 10 и 14 - вентиль 10. Схема инвертора в этом случае более проста. В схеме (фиг. 2) у обмоток 7 и 8 имеетс  обща  точка, поэтому вместо трансформатора возможно применение автотрансформатора, что, как известно , позвол ет уменьшить габариты и массу этого элемента.

На фиг. 3 показан еще один вариант схемы инвертора. В схеме дроссель выполнен однообмоторным и вынесен из цепи силовых тиристоров и нагрузки (в отличие от схем на фиг. 1 и 2).

За исключением процесса сброса (возврата ) избыточной энергии схема этого ват рианта работает аналогично известным. Первый управл ющий импульс открывает тиристор I. Напр жение источника питани  -fEn прикладываетс  к нагрузке 5. Второй управл ющий импульс открывает тиристор 15 и с помощью предварительно зар жённого в предыдущем такте конденсатора 3 (пол рность показана без скобок) запирает тиристор 1. Напр женне на .конденсаторе перёполюсовываетс  (пол рность в скобках), но вследствие потерь не достигает первоначального значени , равного 2Е|. В момент открывани  тиристора 2 третьим управл ющнм импульсом к нагрузке прикладываетс  напр жение , а конденсатор 3 восполн ет недостаток энергии по цепи 3-7-4- 2- (-ЕП)-( + ЕП)-3. При этом конденсатор 3 стремитс  зар дитьс  до более высокого напр жени , чем в предыдущем такте. Но при достижении напр жени  на конденсаторе

Uc 2En открываетс  вентиль 10. Напр женне Uc фиксируетс  на этом уровне, а избыточна  энерги  возвращаетс  в источник питани  с помощью цепи сброса. Цепь сброса образуют элементы 4-6-10-2-4.

Четвертый управл ющий импульс отпирает тиристор 16, напр жение конденсатора прикладываетс  к тиристору 2 и запирает его. Напр жение на конденсаторе переполюсовываетс  (пол рность показана без скобок ). С приходом следующего отпирающего импульса на тиристор 1 процессы в слеме повтор ютс ..I

В случае индуктивной нагрузки поступление энергии в конденсатор становитс  еще больщим, напр жение на конденсаторе может достигать высоких значений. Однако включение первичной обмотки трансформатора указанным образом исключает увеличенне напр жени , а тем самым и перенапр жений на элементах устройства.

По аналогии со схемой на фиг. 2 схема на фиг. 3 может быть упрощена. В схеме на фиг. 4 функции вентилей 9 и 13 (фиг. 3) выполн ет вентиль 9, а функции вентилей 10 и 14 - вентиль 10. Так как обмотки 7 и 8 трансформатора имеют общую точку, то вместо трансформатора возможно применение автотрансформатора.

Возможные варианты устройства не ис- черпываютс  рассмотренными схемами. Фиг. i и 2 иллюстрируют практические при меры выполнени  инвертора по однофазной полумостовой схеме с одноступенчатой коммутацией , а фиг. 3 и 4 - по однофазной полумостовой схеме с двухступенчатой коммутацией . Данное устройство может быть выполнено также по мостовым н многофазным (в частности, трехфазным) схемам.

Во всех вариантах устройства включение первичной обмотки трансформатора сброса между и последовательно с конденсатором н дросселем по току коммутации предопредел ет жесткое ограничение напр жени  на конденсаторе и элементах на минимально допустимом уровне при повышенном КПД.

Ограничение напр женн  в схемах осуществл етс  фиксацией возрастающего напр жени  на конденсаторе вентил ми. В момент открывани  вентилей ток дроссел  переходит из конденсатора н замыкаетс  в контуре (цепи) сброса; Контур образуетс  на момент сброса избыточной энергии и представл ет собой параллельное соединение дроссел  н трансформатора (через вентили).

Поскольку вторична  обмотка через двухполупернодный выпр митель подсоединена к источнику питани , то в последний возвращаетс  вс  избыточна  энерги  н используетс  в последующей работе.

В данном устройстве уровень ограничени  напр жени  на конденсаторе не зависит от коэффициента трансформации Кгр трансформатора , поэтому Кто может быть выбран таким, чтобы обеспечить наиболее высокий КПД процесса сброса избыточной энергни.

В предлагаемом устройстве по сравнению с известными устройствами уровень перенапр жений снижаетс  на 20-60% (в зависимости от тока нагрузки), а КПД составл -. ет 70-80%.

Claims (6)

1. Формула изобретени 

   40

   Инвертор, содержащий подключенную ко входным выводам преобразовательную  чейку на тиристорах с Последовательным коммутирующим LC-контуром, соединенным с первичной обмоткой трансформатора сброса , подключенной ко входным выводам через обратные вентили, причем вторична  обмотка указанного трансформатора соединена со входными выводами через выпр митель, отличающийс  тем, что, с целью ограничени  перенапр жений и повышени  КПД, первична  обмотка трансформато|5а сброса включена между дросселем и конденсатором последовательного LC-контура.

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Справочник по преобразовательной технике. Под ред. И. М. Чиженко. Киев, «Техника, 1978.
2. 2.Лабунцов В. А., Ривкин Т. А., Шевченко Г. И. Автономные тирнсторные инверторы М.-Л., «Энерги , 1967.
3. 3.Бедфорд Б., Хофт Р. Теори  автономных инверторов. Перевод с англ., М., «Энергн , 1%9, рис. 5-16, 5-19.

   (риг, i
4. 4.Забродин Ю. С. Узлы принудительной конденсаторной коммутации тиристоров. М., «Энерги , 1974.
5. 5.За вка Японии № 51-42297, кл. Н 02 М 7/515, 1975.
6. 6.За вка ФРГ № 1513736, кл. Н 02 М 7/505, 1975.