Последовательный инвертор

ОП ИСАНИ ЕИЗЬВРЕТЕН ИЯК АВТОРСКЬМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(23)П риоритет -Гасударственный комлтет СССР Опубликовано 30.10.81. Бюллетень40Дата опубликования описания 05.11,81па делам изобретений и открытий.-г, : -т;.;, 1;1)Уральский ордена Трудового Красного Знамени т";, 1 л,политехнический институт им, .С. М. Кирова " - .=. -(54) ПОСЛЕДОВАТЕЛЪНЫЙ ИНВЕРТОР Изобретение относится к вентильным преобразователям и предназначено для необратимого преобразования постоянного тока на входе в переменный ток высокой частоты на выходе, Инвертор предназначен для использования в преобразователях частоты и может быть применен для питания током высокой частоты однофазной переменной нагрузки, например индукционной нагревательной установки для стали, эквивалентное сопротивление которой, как известно, в процессе нагрева стальной заготовки меняется в широких пределах.По основному авт, св,561266 известен инвертор, содержащий тиристорные мосты, соединенные попарно последовательно через соответствующие им коммутирующие ин. дуктивности, промежуточные отпайки которых через обратно включенные тиристоры соединены с общей точкой соответствующих двух входных последовательных 1.С-фильтров, а также коммутирующие конденсаторы, включенные в диагонали тиристорных мос- тов 1.Нагрузка подключена к выходным выводам, образованным общими точками каж.- дых двух последовательно соединенных коммутирующих нндуктивностей. Такой инвертор на относительно более высокой частоте может питать переменную нагрузку, сопротивление которой изменяется от нуля до некоторой номинальной величины. Гри уве.личении сопротивления сверх номинальной величины инвертор перегружен, что сопровождается резким снижением времени для восстановления управляемости тиристоров: и приводит к нарушениям его работы. Этосущественный недостаток описанного ипвер тора,/Цель изобретенияповышение надежности инвертора при перегрузках.Поставленная цель достигается еем, чтоинвертор снабжен двумя вспомогательными 1 тиристорами, двумя нелинейными дросселями и последовательной цепочкой, включенной между общими точками входных после.довательных 1.С-фильтров и состоя 1 цей из двух дросселей и двух конденсаторов, точка соединения которых подключена к первому фф выходному выводу, а каждая точка соединения конденсатора с дросселем последователь.ной цепочки подключена ко второму вьход.ному выводу. через соответствующие после827751 55 довательно соединенные нелинейный дроссель и вспомогательный тиристор.На чертеже представлена схема инвертора.Инвертор содержит тиристорные мосты1 - 4 с коммутирующими конденсаторами5 - 8 в диагоналях переменного тока, подключенные ко входным выводам через последовательные 1.С-фильтры, состоящие изфильтровых дросселей (индуктивностей) 9и 10 и фильтровых конденсаторов 1 и 12.Мосты соединены попарно через коммутирующие дроссели (индуктивности) 13 -6, к которым подключена нагрузка7, к промежуточным отпайкам дросселей 13 - 16 подключены дополнительные тиристоры 18 - 21, амежду общими точками .С-фильтров включена последовательная цепочка, состоящаяиз дросселей 22 и 23 и конденсаторов 24и 25, кроме того, инвертор содержит нелинейные дроссели 26 и 27 и вспомогательныетиристоры 28 и 29. Нагрузка 7, в частности,может представлять собой нагрузочный колебательныя контур с переменными параметрами (например, индуктор, зашунтированный компенсирующим конденсатором) .Инвертор работает следующим образом,Предварительно от источника питаниячерез дроссели 9 и 1 О заряжаются конденсаторы 11 и 12. Тиристоры.в мостах отпираются попарно поочередно и через них ичерез соответствующие конденсаторы 5 - 8протекают импульсы высокочастотного тока,Так, при отпирании тиристорных мостов1, 4 ток протекает по цепи: 11 - 1 - 13 - 1 -16 - 4 - 12 - 11, Импульс тока через нагрузку 17 протекает слева направо, После прекращения этого импульса тока отпираютсятиристорные мосты 24, при этом в контуреинвертора ток протекает по цепи: 11 - 2 - 4 -17 - 15 - 3 - 12 - 11. Импульс тока через нагрузку 17 протекает справа налево, т.е. сменил направление. Затем снова отпираютсямосты 1, 4 и процесс повторяется аналогич-но описанному. Направление тока в нагрузке каждый раз меняется, т.е. через нее течетпеременный ток. Описанный принцип работыимеет место при номинальной нагрузке.При снижении сопротивления нагрузкивозрастает напряжение на всех реактивныхэлементах схемы инвертора, в том числе накоммутирующих индуктивностях 13 - 16 и ихчастях (относительно отпаек). Если суммарное напряжение на частях двух индуктивностей, связанных с нагрузкой, и на,нагрузке окажется больше, чем суммарное напряжение на конденсаторах 1 и 12, то при отпирании тиристоров 19, 20 или 18, 2 черезних будет протекать рекуперационный то возвращающий избыточную реактивную энергию из контура коммутации инвертора обратно в источник питания. Это предотвращает перенапряжения в инверторе и обес. печивает нормальную его работу при изменениях сопротивления нагрузки от нуля (короткое замыкание) до номинальной величины. При этом обратный ток протекает по цепям: 20 - 11 в 12 19 в 14 в 17 - 15 - 20 или 21 - 1 - 12 - 18 - 13 - 17 - 16 - 21. Эти импульсы обратного тока в нагрузке совпадают с импульсами основного тока мостов, выделяя в ней дополнительную полезную мощность и повышая КПД инвертора.Увеличение сопротивления нагрузки 1 о сверх номинальной величины привело бы кперегрузке инвертора и к нарушению его работоспособности из-за снижения времени для восстановления управляемости тиристоров мостов. Это наблюдается при напряжении на нагрузке выше номинального, когда 15 обратное напряжение на тиристорах мостовпреждевременно становится положительным, а они еще не восстановили электрическую прочность в прямом направлении. Чтобы обеспечить устойчивую работу инвертора при перегрузках, т.е. при увеличении сопротивления нагрузки выше номинальной величины, необходимо ограничивать напряжение не тоЛько на реактивных элементах (на коммутирующих индуктивностях), но и вы.ходное напряжение на нагрузке 17 на оп ределенном допустимом максимальном уровне. Каждый дополнительный конденсатор 2 Ф и 25 через дроссели 22 и 23 заряжен до половины напряжения источника питания, При отпирании тиристоров 28 и 29 напряжение на нагрузке 17 через нелинейные дросЗо сели 26 или 27 будет ограничиваться (с учетом падения напряжения на этих дросселях) на уровне напряжения на конденсаторах 24 или 25, т.е. на уровне 0,5 от напря.жения источника питания, При таком огра. З 5 ничении выходного напряжения на нагрузкевремя для восстановления управляемости тиристоров мостов становится достаточным для их нормальной работы, и инвертор становится работоспособным даже при значительных увеличениях сопротивления на грузки до бесконечности. При этом избыточная энергия из нагрузки 17 (из контура нагрузки) возвращается в источник питания через дроссели 22 и 23 от конденсаторов 24 и 25, подзаряжаемых от нагрузки через тиристоры 28 и 29 и дроссели 26 и 27 (в зависимости от полярности напряжения на нагрузке). Применение управляемых вентилей 28 и 29 (тиристоров) и нелинейных дросселей 26 и 27 позволяет ограничивать выходное напряжение на оп О тимальном уровне, что сохраняет максимально возможную мощность инвертора и необходимое время для восстановления управляемости тиристоров, что сохраняет надежность работы инвергора,В данном инверторе по сравнению с известным выходное напряжение по амплитуде ограничено на допустимом максимальном уровне, что исключает чрезмерное снижение87775 Формула изобретения времени восстановления управляемости ти.ристоров и сохраняет работоспособность инвертора при перегрузках. Становится возможным от инвертора питать переменную . нагрузку, сопротивление которой изменяется от нуля до величины, значительно превышающей номинальную. Расширяется область его применения, что становится возможным благодаря улучшению их выходных характеристик. Тиристоры 28 и 29 позволяют регулировать режимы работы инвертора и поддерживать мощность на оптимальном или максимальном уровне. Благодаря этому повышена средняя выходная мощность инвертора при переменной нагрузке, что повышает производительность питаемого оборудования. Упрощается его эксплуатация. Перечисленные преимущества являются определяющими для получения экономического. эффекта.Наибольший экономический эффект можно ожидать от увеличения производительности питаемого оборудования за счет увеличения средней мощности, например при циклическом нагревании заготовки. Для аналогичных преобразователей частоты средней мощности (00 - 20 кВт) при введении цепей для ограничения выходного напряжения увеличение средней мощности возможно, примерно в 1,6 - 2 раза. 6Последовательный инвертор может найти применение во вновь разрабатываемых нли модернизируемых. тиристорных преобразователях частоты, предназначенных, например, для питания индукционных нагре вательных установок для стали на автомобильных или машиностроительных заводах; Последовательный инвертор по авт,10 св. М 561266, отличающийся тем, что, с це.лью повышения надежности при перегрузкахон снабжен двумя вспомогательными тиристорами, двумя нелинейными дросселями. ипоследовательной цепочкой, включенноймежду общими точками входных последова.тельных 1 С-фильтров и состоящей иэ двухдросселей и двух конденсаторов, точка соединения которых подключена к первому выходному выводу, а каждая точка соединенияконденсатора с дросселем последовательной20 цепочки подключена ко второму выходномувыводу через соответствующие последовательно соединенные нелинейный дроссель ивспомогательный тиристор.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе. Авторское свидетельство СССРЮа 561266, кл. Н 02 М 7/55, 97.С. Тираненко 8/84ВНИИПИ Госпо делам 13035, Москва лиал ППП Па едактор аказ 96 Составитель И. ЖереТехред А, БойкасТираж 733ударственного комитета