Автономный инвертор

СО)ОЗ СОЩТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 19) О 1) М 751 АНИ ТЕ ТЕЛЬСТВУ г18 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВ(46) 15.02.84. Бюл. Р 672) Е.А. Карпов и В.И. Родинков 71) Винницкий политехнический институт)56) 1. Авторское свидетельство СССР Р 379957, кл. Н 02 М 7/515, 1969,2. Ривкин Г.А. Преобразовательные устройства. М., "Энергия", 1970, с. 236, рис. 10-39. (54) 157). АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР, содержащий связанные с входными выводами две последовательно соединен. ные силовые цепи, состоящие каждая иэ силового тиристора и обмотки дросселя, причем каждая цепь эашунтирована обратным диодом, а их общая точка образует вывод для подключения цепи нагрузки, два коммутирующих контура, образованных.+ каждый соединенными в кольцо коммутирующими конденсатором, тиристором и обмоткой дросселя, о т л и"ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения КПД, дроссель снабженобщей для обоих контуров коммутацииобмоткой подмагничивания, включенной между одной из силовых цепейи входным выводом, при этом коьевутирующие конденсаторы соединены впоследовательную цепь и подключенык входным выводам, нагрузка, состоящая иэ двух цепей, подключена параллельно обратным диодам, а магнитопровод дросселя выполнен на четырех С-образных сердечниках, причемсиловая и коммутирующая обмоткикаждой цепи расположены на своемсердечнике, а оба указанных сердечника ориентированы ортогональнодвум сердечникам, на которых расположена обмотка подмагничивания,Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразовательной технике и может быть использовано для преобразования постоянногонапряжения в переменное.Известен тиристорный инверторО двухступенчатой коммутацией, коммутирующие дроссели которого выполнены нелинейными с дополнительнымиОбмотками, подмагничиваемыми,постоянным током, С целью повышенияКПД и уменьшения габаритов инвертоРВ дополнительные обмотки черезОграничительный дроссель включеныПоследовательно в цепь его питания Г 1 3,Недостатками такого ннвертораявляются наличие магнитной связиМЕжду рабочими и .дополнительнымиОбмотками, что усложняет работу. Устройства, а также необходимость исПользования ограничительного дрос- .селя, что снижает технико-экономические показатели инвертора.Наиболее близким к предлагаемомуЯвляется автономный инвертор, со 4 вржащий соединенные с входнымиВыводами две последовательно соеДиненные силовые цепи, содержащиесиловые тиристор и обмотку дросселя,каждая цепь зашунтирована обратнымДиодом, общая точка которых образуетвывод для подключения нагрузки,два коммутирующих контура, образованных соединенными в кольцо коммутирующими конденсаторами, тиристороми обмоткой дросселя, причем коммутирующая обмотка зашунтирована обратным диодом 23.Недостатками инвертора являютсяповышенные потери при разряде дросселя на коммутирующий контур;Цель изобретения - повышение КПДавтономного инвертора, расширениеего частотного диапазона и функцио нальных возможностей,Поставленная цель достигаетсятем, что в автономном инверторе, содержащем связанные с входными выводами две последовательно соединенные силовые цепи, состоящие каждаяиз силового тиристора и обмоткидросселя, причем каждая цепь зашунтирована обратным диодом, а ихобщая точка образует вывод дпя,подключения цепи нагрузки, два коммутирующих контура, образованных каждыйсоединенными в кольцо коммутирующимиконденсатором, тиристором и обмоткой дросселя, дроссель снабжен общей для обоих контуров коммутацииобмоткой подмагничивания, включенной между одной из силовых цепейи входным выводом, при этом коммутирующие конденсаторы соединены впоследовательную цепь и подключенык входным выводам, нагрузка, состоя"щая из двух цепей, подключена параллельио обратным диодам, а магнитопровод дросселя выполнен на четырех С-образных сердечниках, причемсиловая и коммутирующая обмоткикаждой цепи расположены на своем5 сердечнике, а оба укаэанных сердечника ориентированы ортогональнопо двум сердеЧникам, на которых рас-.положена обмотка подмагничивания.При этом в 3-4 раза возрастает 10 добротность дросселя по сравнениюс дросселем известной конструкции,что снижает уровень потерь в коммутирующих элементах и расширяетобласть рабочих частот инвертора 15, до 2,5 кГц при использовании дросселей, изготовленных иэ обычнойэлектротехнической стали, причемотсутствие магнитной связи междуанодной и катсдной обмотками исключает наличие послекоммутационныхкороткозамкнутцх контуров, что также способствует повышению КПД автономного инвертора. Коммутирующийузел позволяет выключать анодный и 25 катодный тиристорц в произвольныемоменты времени, что дает возможностьмодулировать выходное напряжениеинвертора по заданному закону и темсамым расширяет его функциональныевозможности.Если магнитная развязка междупарами коммутирующих обмоток осуществляется путем их вынесения на отдельные С-образные половины магнитопровода, то исключение магнитной связи З 5 между этими обмотками и обмоткойподмагничивания происходит за счетих ортогональной ориентации. Приэтом передача мощности из коммутирующих цепей в силовую цепь инвертора 40 значительно ослаблена и осуществляется только эа счет диагональнойсоставляющей части магнитного потока, создаваемого коммутирующимиобмотками.45 Конструкция магнитопровода, взятая за основу при проектированиикоммутирующего дросселя данногоинвертора известна. Однако функциональное назначение известного устройства и устройства, применяемогов предлагаемой схеме автономногоинвертора коренным образом отличаются. Дело в том, что параметрические трансформаторы с ортогональнойориентацией магнитных потоков предназначены для передачи мощности истабилизации уровня выходного сигнала гармонической формы посредствомрегулирования коэффициента передачи.Последнее осуществляется при измене-60 нии тока в обмотке подмагничивания.В коммутирующем дросселе инвертора обмотка подмагиичивания служитдля создания сильного поперечногополя в тех С-образных половинах 65 магнитопровода,. на которых располо. жены анрдная и катодная пары обмо-и 18 и подключена параллельно обрат.ток. Наличие поперечного поля при- ным диодом 8 и 9, магнитопроводводит к значительному снижению по- дросселя 7 выполнен на четы хтерезис, вследствие С-образных сердечниках, причем си"на четырехчего добротность контуров, состоя- ловая 5 (6 ) и коммутирующая 14 (ф 15) щих из конденсато ов кд оров коммутирующего 5 обмотки расположены на своем сеузла, анодной и като нодной первичных дечнике 19 120)1, которые ориентироРобмоток, значительно велич вПри этом к дросселю п е ъувеличивается, ваны ортогонально двум сердечникам21 и 22, на которых расположена обдостаточно жесткие т е вребования мотка 16 подмагничивания. Узел 23по ограничению иапд азона изменения 10 коммутации образован двумя конт амйиндуктивности этих обмотоурам фициеит передачи мебмоток, а коэф коммутации и дросселем 7.вичноР д между анодной пер- Устройство работает след кщй и вторичной, катодной первич-, образом.- у имной и вторичной обмотка имотками практичес- Переменное напряжение на еопроки не зависит от тока подмагничива- )5 тивлениях нагрузки 17 и 18 формируется путем поочередного открыванияДля Удовлетворения этих требова- анодного 3 и катодного 4 тиристоров.ний магнитопровор д дросселя также наиболее простым является случай проектируется с с ествеущ ственными отли- формирования выходного напряжения чиями. В частности, он отличается прямоугольной формы когда длитель 201 от известного не только по числу вит- ность открытого состояния анодного ков обмоток, но и увеличенной пло и катодного 4 тиристоров составщадью контактов С-образных половин ляет 180 эл, град. Например,лри вклю магнитопроводов. Существенным отли- ченин анодного тиристора 3,ток от чием является и то, что в дросселе источника протекает по анодной втопрактически не наблюдаются парамет- ричной обмотке 5 дросселя 7, через25. Рические эффекты, наличие которых сопротивление нагрузки 18 % обмотку затрудняет эксплуатацию инвертора 16 подМагничивания. Синхронно с а потоковая связь между анодной. анодным тиристором 3 открывается. и катодной парами обмоток и обмоткой разрядный тиристор 13 и конденсатоР подмагничивания выражена значитель- З 0 11 начинает колебательный перезарядчерез катодную первичную обмотку 15.Близкая к ортогональной ориента- . При этом во вторичной катодной обмот ция магнитных потоков дросселя позво- ке 6 наводится импульс напряжения, ляет использовать его многофункцио- направленный встречно напряжению нально. Например, обмотка подмагни источника питания, Напряжение вто- чивания может быть включена в цепь ричной обмотки 6 прикладывается к нагрузки инвертора и использоваться катодному тиристору 4 и запирает. либо как дополнительная индуктивность его. Накопленная электромагнитная фильтра выходного напряжения, либо энергия за счет тока нагрузки, прокак ограничивающий пусковые токи ре текающей по катодной вторичной обмотактор. Эффективность подмагничива- . ке 6, расходуется на перезаряд конния при этом не снижается, однаКо денсаторов 11 и 10, до момента включисло витков обмотки подмагничива- чения разрядный тиристор 13 заряжен ния должно быть увеличено. до полярности, указанной в скобках.На фиг. 1 показана схема предла В момент открывания тиристора 13 гаемого устройстваг на фиг. 2 он начинает колебательный.перезаряд конструкция магнитопровода дросселя по-цепи: положительный зажим 1 иси размещение обмоток на нем. точника питания - первичная катодАвтономный инвертор содержит свя- ная обмотка 15 - тиристор 13 " отризанные с входными выводами 1 и 2 цательный зажим 2 источника питания две последовательно соединенные си- и заряжается до напряжения, превы 50ловые цепи, состоящие каждая из си- шающего напряжение источника питания лового тиристора 3 (4 ) и обмотки на величину перезаряда конденсато-5 6 ) дросселя 7, причем каждая ра 11. Тиристор 13 закрывается есЦепь зашунтирована обратным диодом тественным способом при изменении 8 и 9, два коммутирующих контура, 55 полярности тока перезаряда конденобразованных каждый соединенными в саторов 10 и 11. Напряжение на конкольцо коммутирующими конденсатором денсаторах 10 и 11 достигает в этот 10 (11), тиристоров 1213)и обмот- . момент максимального значения и кой 14 (15 ) дросселя 7, обмотка 16 после выключения тиристора 13 соподмагничивания, включенная между 60 храняется на достигнутом уровне, входным выводом 2 и катодом тирис- . а его полярность указана без скобок. тора 4, конденсаторы 10 и 11 сое- Тем самым заканчивается этап поддинены в последовательную цепь и готовительного заряда конденсатораподключены к входным выводам 1 и 2, . 10 и коммутирующий узел 23,подготов. нагрузка состоит из двух цепей 17 65 лен к коммутации анодного тиристо1073863 ВНИИПИ Заказ 375 Тираж 667Подпис фолиал ППП "Патент", г, ужгород, ул.Проектная ра 3. Он выключается при включении катодного тиристора 4, синхронно с которым включается разрядный тиристор 12. При этом начинается коле бательный перезаряд конденсатора 10 на первичную анодную обмотку 14 и импульс напряжения, наводимый во вторичной анодной обмотке 5, закрывает анодный тиристор 3.В дальнейшем процесс перезаряда конденсаторов 10 и 11 повторяется с той лишь разницей, что подготовленным к коммутирующему разряду оказывается конденсатор 11.С ростом тока нагрузки магнитный поток, создаваемый обмоткой 16 подмагничивания, возрастает,.что при- водит к увеличению добротности дросселя 7 за счет значительного уменьшения площади циклов перемагнйчивания магнитопровода дросселя, Одновременно уменьшается индуктивность анодной первичной 14 и вторичной 5 и катодной первичной 15 и вторичной 6 обмоток дросселя 7, чтоприводит к уменьшению длительности импульсов коммутирующего напряжения и тока в обеих парах обмоток. Уровень потерь в элементах коммутирующего узла 23 при максимальном токе нагрузки может быть уменьшен в 5-6 раз по сравнению с устройством импользующим дроссель с аналогичными параметрами и параллельной ориентацией магнитных потоков.В сильных поперечных магнитных полях частые циклы перемагничивания материала сердечника могут вырождаться в линию при одновременном уменьшении результирующей индукции, поэтому в магнитонроводе имеют место только потери на вихревые токи. 5 При изменении порядка подачи импульсов управления на разрядные тиристоры 12 и 13, включение и выключение анодного 3 и каторжного 4 тнристоров происходит многократно 10 на интервале периода, что позволяет модулировать выходное напряжение на нагрузочных сопротивлениях 17 и 18 по заданному закону,Дроссель 7 является безынерцион ным, а его обмотка 16 подмагничивания из-за незначительного количества витков практически не влияет на работу инвертора.Для улучшения качества выходного напряжения индуктивность вторичных анодной 5 и катодной 6 обмоток должна быть минимальной, С этой целью отношение числа витков вторичных обмоток к числу витков первичных обмоток берется меньшим единицы. Надежность коммутации при этом не снижается, так как напряжение заряда конденсаторов 10 и 11 превышает уровень напряжения источника питания в 1,5-1,8. раз. С другой стороны, при отношении числа витков меньше единицы, токи заряда и перезаряда конденсаторов 10 и 11 уменьшаются, что снижает уровень потерь в дросселе 7, а также в других элементах коммутирующего узла 23.9