Автономный последовательный инвертор

(11)604 109"с Союз Советских Социалистических РеспубликОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ ОР СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(21) 2363824/07 22) Заявлено 24 2 М 7/51 рисоединением заявкиГосударственный комитет Совета Министров СССР по делам изобретений н открытий(53) УД 5,04.78. Бюллетень15 вания описания й. ОИ. Ю 1,314.8. 8) Авторыизобретения 1, М, Акодис, В. В, Шипицын, В, С. Ух и В, И. Лузгин Уральский ордена Трудового Красного Знаменполитехнический институт им. С, М, Кирова Заявитель 54) АВТОНОМНЫЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫ ИНВЕРТОР2 В указаннои схеме выходное напряекенне ограничивается по амплитуде на уровне 0,5 от входного напряжения инвертора (на уросп 1 с 250 В при напряжении источннч(а питания инвертора 500 В). При этом в режиме работы ннвсртора без пауз к вентнльными токами время для воссан ь,ения управляемости тиристоров равно полоьине периода выходной частоты.Известно, что в инверторах с вентилями встречно-параллельного включения время для восстановления управляемости снижается незначительно при увеличении амплитуды выходного напряжения, примерно до уровня 0,7 от входного, что дает возможность увеличить выходну 1 о мощность инвертора, если это позволяет время выключения применяемых тиристоров. Возможно увеличнапряжения на нагртивности в цепи диодку с каждым разделОднако применениенедостаточно эффек 1ограничения напряжероны ток через дополрующнс нагрузку, на5 после увеличения на Из(тбре 1 ение относится к области преобразоватслш 1 ой тех 11 нки.И 151 сртор предназначен для питания током высокой частоты переменной нагрузки, например, скомпенсированной индукционной нагревательной установки для стали. Сопротивление нагрузки в процессе цикла сквозного нагрева стальных заготово. изменяется в больших пределах, что сопровождается значительными изменениями величин выходного напряжения и мо 1 цности инверторов с вентилями встречно- параллельного включения и вообще инверторов с возвратом избыточной энергии из контура коммутации в источник питания. В случае, если выходное напряжение инвертора превышает номинальное, наблюдается значительное снижение времени для восстановления управляемости тирнсторов, что приводит к соыву инверт 51 р о В а н 51 51 .Известны схемы последовательно-параллельных инверторов, в которых для ограничения напряжения на нагрузке (на нагрузочном колеоательном контуре) применены цепи с дополнительными диодами, включенные встречно по отношению к источнику питания и шунтирующне нагрузку и каждый из двух последовательных разделительных конденсаторов, между которыми включена нагрузка 11. ение уровня ограничения узке включением пндуков, шунтирующих н,1 грузительным конденсатором, линейных индуктивностей ивно повышает уровень ния, так как с одной стонительные диоды, шунти 1 и н ает протекать сразу же пряжения на ней вышедуктивцости 3 и 4 протекает ток, ограцичцвак- щий рост напряжения на нагрузке.После прекращения тока через тирцсторы16 и 17 проводят ток встречно-параллельные диоды 20 и 21, и высокочастотный импульс тока частичного разряда конденсатора 14 через элементы инвертора и нагрузку снова протекает в обратную сторону.Далее процессы в инверторе повторяются.Применение в цепи ограничения напряжео ния на нагрузке именно нелинейных индуктивностей позволяет существенно улучшить энергетические па раметры всего инвертора.Пусть оптимальным будет ограничение напряжения на нагрузке на уровне 0,7 от входного 5напряжения инвертора. Тогда при линейных ицдуктивностях в цепи диодов 5 и 6 через них сразу же будет протекать ток, начиная с уровня напряжения на нагрузке 0,5 от входного, т.е. уже в тот момент, когда еще никакого ограничения напряжения не требуется.Процесс ограничения напряжения будет происходить совершенно отлично от описанного, если применять нелинейные индуктивности. В этом случае так можно подобрать параметры нелинейных индуктивностей 4 и 3, чтобы при изменении амплитуды напряжения на нагрузке с уровня 0,5 до уровня 0,7 от входного напряжения инвертора магнитопровод нелинейной индуктивности находился бы в стадии перемагничивания. Во время перемагничивания ток через индуктивность мал и практически не оказывает никакого влияния на процесс ограничения напряжения на нагрузке. В момент насыщения магнитопровода ее сопротивление резко снижается, а ток возрастает, жестко ограничивается дальнейший рост амплитуды цацрякения на нагрузке. половины питающего, с другой стороны, при существенном возрастании сопротивления нагрузки напряжение на ней также существенно возрастает, что снижает устойчивость работы ицвертора.С целью улучшения энергетических параметров инвертора введены две нелинейные ицдуктивности, имеющие по две обмотки, одна из которых включена в цепь дополнительных диодов, шунтирующцх нагрузку, а другая в цепь постоянного тока источника питания. 1На чертеже приведена схема предлагаемого устройства.Оно содеркит фильтровые дроссели 1 и 2, нелинейные индуктивцости 3 и 4, диоды 5 и 6, разделительные конденсаторы 7 и 8, компенсирующий конденсатор 9, нагрузку активно- индуктивную 10, внешние коммутирующие дроссели 11 и 12.Кроме того, устройств включает внутренний коммутирующий дроссель 13, коммутирующий конденсатор 14, тиристры 5 - 18, встреч- р но-параллельные диоды 19- - 22, обмотки 23 и 24 нелинейных ицдуктивностей.В предложенной схеме нелинейные индуктивности позволяют увеличить выходное напряжение и мощность инвертора и ограничить выходное напряжение на более высоком уровне по сравнению с прототипом, причем устойчивость работы инвертора сохраняется.Нелинейные индуктивности имеют по две обмотки 23 и 24 с общим промежуточным выводом, причем промежуточный вывод каждой530 нелинеицои индуктивности соединен с выводами соответствующих разделительных конденсаторов, одна цз обмоток (24) включена последовательно с диодами 5 или 6 цепи ограничения напряжения на нагрузке, а другая (23) - в цепь источника питания последовательно с З 5 фильтровыми дросселями 1 или 2.В установившемся режиме ицвертор работает следующим образом.При отпиранци, например, тиристоров 15 и 18 через элементы контура инвертора и нагрузку протекает высокочастотный импульс тока 4по цепи 7 - 11 в 15 в 13 в 4 - 18 - 12 - 8 - 9 и 10 - 7. Через нагрузку импульс тока протекает снизу вверх. Если напряжение на нагрузке (9 и 10) будет выше, чем напряжение на разделительных конденсаторах, через диоды 5, 6 и обмотки 24 нелинейных индуктивностей 4 и 3 будет протекать ток, ограничивающий рост напряжения на нагрузке, по двум цепям 9 и 10 - 53 - 7 - 9 и 10; 9.и 10 - 8 - 4 - 6 - 9 и 10.1 осле прекращения тока через тиристоры 55 и 18 проводят ток встречно-параллельные диоды 19 и 22, при этом импульс высокочастотного тока частичного разряда конденсатора 14 протекает через элементы контура инвертора и нагрузку в обратном направлении по цепи 14 в 13 - 19 - 11 - 7 - 9 и 10 - 8 - 12 - 22 - 14. Затем включаются очередные тиристоры 1655 и 17, при этом высокочастотный импульс тока протекает по цепи 7 в 11 в 16 в 14 в 13 в 17 в 12- 8 - 9 и 10 - 7. Если при этом напряжение ца нагрузке также выше, чем напряжение на конденсаторах 7 и 8, то через диоды 5 и 6 и иц- бо Однако качества нелинейных индуктивностей определяются свойствами гистерезисной пет ли перемагничивания ее магнитопровода. Обычно для нелинейных индуктивностей используют магнитопроводы с петлей перемагцичивания, близкой к прямоугольной, Такая индуктивность работала бы на частном цикле петли перемагничивания магнитопровода, так как через обмотки 24 и диоды 5 и 6 импульсы тока протекают лишь в одну сторону. Чтобы использовать всю петлю перемагничивация магнитопровода, и, следовательно, при том же времени перемагничивания уменьшить габариты и стоимость нелинейной индуктивности, необходимо ввести перемагничивание ее магнитопровода.В предложенном устройстве это достигается с помощью обмотки 23, через которую протекает постоянный ток от источника питания инвертора. Таким образом, в предложенной схеме током через обмотку 24 магнитопровод перемагничивается, а затем глубоко насыщается в прямом направлении, обеспечивая тем самым необходимый режим ограничения амплитуды напряжения на нагрузке на заданном уровне. Далее, после прекращения тока через обмотку 24 магнитопровод перемагничивается до насыщения тока в обратном направлении цстояццым током от источника питания через604109 Формула изобретения гб ф Составитель И.Техред О. ЛуговаТираж 892 лиеваКорректор Подписное Редактор В. ГончуковЗаказ 212/47 С. 1 атрушсва НИПИ 1 осударственного комитега по делам изобретен ий8035, Москва, Ж, Рау Филиал ППП Патент, г. Ужгв СССР Совеа Минис открытий скан наб. д. род, ул. Проек45гнан,обмотку 23. Теперь нелинейная индуктивность снова готова к работе для очередного цикла ограничения напряжения на нагрузке.Применение двух нелинейных индуктивностей позволяет увеличить уровень ограничения 5 выходного напряжения инвертора, сохраняя устойчивость его работы при питании переменной нагрузки. Это повышает выходную мощность и КПД инвертора, причем достигается снижение реактивного тока через элементы инвертора в номинальном режиме. Автономный последовательный инвертор, со держащий связанный со входными выводами через фильтровые дроссели вентильный мост с узлом коммутации и нагрузочную цепь, имеюиуо два разделительных конденсатора, к одной обкладке каждого из которых подключенвыводом диод, отличающийся тем, что, с цельюулучшения энергетических параметров, он снабжен двумя нелинейными индуктивностями, каждая из которых имеет по две обмотки с общим промежуточным выводом, соединенным сдругой обкладкой соответствующего разделительного конденсатора, причем обмотки каждой нелинейной индуктивности включены между фильтровым дросселем и другим выводомсоответствующего диода.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. Заявка1957059/07, кл. К 02 М 7515,1973, по которой принято решение о выдачеавторского свидетельства,