Высоковольтный инвертор

31 8 ЗО Союз Советских СоциалистическихОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Республик Зависимое от авт. свидетельства-МПК Н 02 тп 5,(42 Н 02 гп 7,72Заявлено 08.Х.1969 (М 1365056/24-7) с присоединением заявки-Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССРПриоритет -Опубликовано 19.Х.1971. Бюллетень31Дата опубликования описания 29.Х 11.1971 УДК 621.314.27(088,8) Авторыизобретения С, М, Кацнельсон, В. В. Морозов, Л, С, Пудровский,И, Л, Аитов, Л, И, Гутин, В, Н, Филатов и М, А. Пегасотт."-"Уфимский авиационный институт и Тульский научно-; .исследовательский технологический институт 3 аявителбу ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ИНВЕРТОР Изобретение относится к устройствам преобразовательной техники и может применяться в технике индукционного нагрева, в гидролокационных установках и в других устройствах повышенной частоты.5Известны инверторы со встречными диодами, в которых обеспечивается стабильность напряжения на вентилях. Такие инверторы устойчиво работают на переменную нагрузку, Недостатком их является большая крутизна нарастания прямого напряжения на тиристот 1 ирах в момент выключения встречных диодов, что ограничивает возможность их применения при высоких напряжениях источни ка питания.Известны также инверторы на тиристорах без встречных диодов, в которых с целью расширения диапазона входного и выходного напряжения тиристоры соединены последовательно. Для принудительного выравнивания напряжения по тиристорам параллельно каждому тиристору включены демпфирующие цепочки, состоящие из последовательно включенных емкости и неуправляемого диода, шунтированного сопротивлением, В таких инверторах приходится применять либо большие емкости в демпфирующих цепочках, что недостаточно на повышенных частотах, либо мириться с неравномерностью распределения ЗО напряжения на тиристорах и для сохраненияих (целости ставить значительно большее ко-личество вентилей с учетом возможной не-равномерности распределения напряжения.Кроме того, известны инверторы с последовательно соединенными неуправляемымидиодами. Для выравнивания распределениянапряжения по вентилям в них также приме-няются демпфирующие цепочки. Однако с учетом неравномерности распределения напряжения и коммутационных перенапряженийчисло вентилей применяют с коэффициентомзапаса равным 3 - 4.При построении мощных высоковольтныхинверторов на тиристорах со встречными ди-одами возникают дополнительные трудностипри последовательном соединении вентилей,связанные с необходимостью равномерногораспределения не только величины перена-:пряжений, возникающих в моменты выклю-чения тока неуправляемыми диодами, но ийискорости нарастания напряжения - во избеЖжанне самопроизвольного отпирания тирис-,торов и срыва инвертирования,Выравнивание скорости нарастания на-пряжения на тиристорах со встречно-параллельными диодами с помощью демпфирую- ,щих цепочек на повышенных частотах за-.труднительно, так как неуправляемые диодыпри выключении имеют большой разброс по времени восстановления запирающих свойств, и, если они присоединены параллельно тиристорам, то на тиристорах появляется неравномерность распределения напряжения, навязанная им встречными диодами, и, что самое главное, неравномерность распределения скорости нарастания этого напряжения. Для серийно выпускаемых промышленностью тириЙйсторов, допустимая крутизна - не превышаЖет 100 в/мксек, На повышенной частоте эта величина значительно меньше. При неравномерном распределении перенапряжений по вентилям, на отдельных тиристорах скорости нарастания прямого напряжения могут превышать допустимую величину, что неминуемо ведет к самопроизвольному отпиранию тиристоров и срыву инвертирования,Особенностью предлагаемого высоковольтного инвертора, обеспечивающего равномерное распределение напряжения на управляемых вентилях при обрыве тока в ветви неуправляемых вентилей, является то, что общие точки последовательно соединенных управляемых вентилей изолированы от общих точек последовательно соединенных неуправляемых вентилей, параллельно которым включены дополнительные КС-цепочки.На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого инвертора,Инвертор содержит управляемые вентили 1 - 12, неуправляемые диоды 13 - 20, коммутирующий конденсатор 21, коммутирующий дроссель 22, демпфирующие цепочки, состоящие из диодов 23, 24, конденсаторов 25, 2 б и резисторов 27, 28, а также выравнивающие резисторы 29, защитную дроссельную катушку 30, входной дроссель 31, конденсатор 32 фильтра и нагрузку 33.В установившемся режиме конденсатор 32 фильтра заряжен до напряжения источника питания. При включении вентилсй 1 - 3 и 7 - 9 происходит перезаряд коммутирующего конденсатора 21 через дроссель 22, защитную дроссельную катушку 30, конденсатор 32 и нагрузку 33,Схема инвертора рассчитана на колебательный характер процесса. Через нагрузку 33 протекает положительная полуволна тока в одном (первом) направлении. После того, как напряжение на коммутирующем конденсаторе 21 превысит напряжение источника питания и положительная полуволна тока пройдет через нулевое значение, указанные тиристоры гаснут. Никаких перенапряжений при обрыве тока тиристоров не возникает, так как открываются встречные диоды 13, 14 и 17, 18, и по колебательной цепи инвептопа протекает отрицательная полуволна тока. Через нагрузку 33 протекает ток в направлении, обратном первому (второе направление). После того, как коммутирующий конденсатор 21 разрядится до напряжения, меньшего, чем напряжение источника питания, и отри 5 о 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 цательная полуволна тока пройдет через нулевое значение, диоды 13, 14 и 17, 18 гаснут. Во время горения диодов 13, 14 и 17, 18 на тиристорах небольшое обратное напряжение, и они успевают полностью восстанавливать свою управляемость, Затем включаются вентили 4 - б и 10 - 12, и конденсатор 21 начинает снова перезаряжаться. Через нагрузку 33 протекает вторая положительная полуволна тока в первом направлении. После обратного перезаряда коммутирующего конденсатора 21 и погасания тиристоров 4 - б и 10 - 12 включаются диоды 15, 1 б и 19, 20, и через нагрузку 33 протекает вторая отрицательная полуволна тока.Таким образом, в течение одного цикла работы всех вентилей инвертора на выходе имеются два периода напряжения, близкого по форме к синусоидальному, без постоянной составляющей, так как нагрузка 33 подключена к инверторному мосту через конденсатор 32 фильтра.Неуправляемые диоды 13 - 15, 1 б - 20 для восстановления своих запирающих свойств требуют времени, которое составляет б - 10 мксек и имеет разброс по отдельным вентилям. Поэтому после перехода отрицательной полуволны тока встречных диодов через нулевое значение, эти диоды находятся некоторое время в состоянии проводимости, и через них протекает обратный ток. После восстановления запирающих свойств диодов, обратный ток, протекающий через них, обрывается с очень большой скоростью, что приводит к возникновению перенапряжений за счет энергии, запасенной в индуктивностях катушек 22 н 30. Эти перенапряжения являются обратными для встречных диодов и прямыми для тиристоров. Частичное выравнивание их распределения по диодам достигается демпфирующими цепочками 23, 25, 27, Обеспечить идеальную равномерность напряжения по диодам невозможно, поскольку диоды имеют большой разброс по времени восстановления запирающих свойств и большую собственную емкость переходов в момент выключения тока. При этом наибольшая крутизна нарастадюния - и величина обратного для диодов перенапряжения будет на вентиле, имеющем меньшее время запирания, Так как каждое плечо инвертора выполнено в виде двух встречно-параллельно включенных ветвей, од. на из которых содержит только последовательно соединенные тиристоры, а другая - только последовательно соединенные диоды, то к тиристорам прикладывается суммарная величина перенапряжений, возникающих при выключении диодов. Выравнивание распредесКи ления крутизны нарастания напряженияй и его величины по отдельным последовательно включенным тиристорам обеспечивается маломощными демпфирующими цепочками 24, 26, 28, так как тиристоры за время горения318130 Высоковольтный инвертор, содержащийкаждом плече включенные встречно-пара.- лельно ветви, одна из которых выполнена и последовательно соединенных управляемы вентилей, шунтированных КС-цепочками, другая - из последовательно соединенны неуправляемых вентилей, отличающийся теь, 10 что, с целью равномерного распределенинапряжения на управляемых вентилях пр обрыве тока в ветви неуправляемых вентлей, общие точки последовательно соединенных управляемых вентилей изолированы о 15 общих точек последовательно соединеннынеуправляемых вентилей, причем параллелно неуправляемым вентилям подсоединен 1 дополнительные КС-цепочки. Составитель М. ЛойшТехред Л. Евдонов орректоры Л. Бадылама Л. Царькоедактор В. фельдма акал 5 С 21962 Изд. М 1372 ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений Москва, Ж, РауТираж 473открытий при Советекак наб., д. 4/5 ип. Харьк. фил. пред. Патен встречных диодов уже успевают восстановить свои первоначальные свойства. Так как в инверторах на тиристорах со встречно-параллельными диодами число последовательно включенных тиристоров определяется не только величиной напряжения, пои главным образом допустимой скоростью нарастания прямого напряжения, которая не зависит от класса вентилей, предлагаемый высоковольтный инвертор позволяет применить минимальное число последовательно включенных тиристоров с учетом класса вентилей и допустимой скорости нарастания прямого напряжения. Число же последовательно включенных диодов выбирается независимо от тиристоров, определяется только по рабочему напряжению с учетом необходимого запаса из-за неравномерности распределения напряжения по диодам. Предмет изобретения