Последовательный автономный инвертор

(и) 657549 Союз Советских Социалистически ЬслуЕ-к(22) Заявлено 11, 10.76(21) 2409802/24-07с присоединением заявки Ое 8(23) ПриоритетГаеударстеееюф вемпет СССР в делам хзебретееЯ а еткритмлОпубликовано 15, 04. 7 9 Бюлле тень14 Дата опубликования описания 18,03.79 В, В, Шнпнцын, В, И. Лузгин, А, А. Новиков, В. В, Рудный,А. А. Рухман, Л. Г, Гаев, В. Н, Антонова и В. А. Самородов(72) Авторы изобретения Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. С. М. Кирова(54) ПОСЛЕДОВАТЕЛЪНЫЙ АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано, например, для индукционного нагрева металлов.Известные схемы мостовых последовательных инверторов, в которых основные вентили зашунтированы обратными диодамн (или тиристорами), имеют малое обратное напряжение, прикладываемое к основным вентилям в процессе выключения, что увеличивает время восстановления их управляемости.Целью изобретения является повышение надежности и КПИ инвертора. Цель достигается тем, что ннвертор снабжается дополнительным ЬС -контуром, один вывод которого подключен к обшей точке последовательно соединенных противофазных основных вентилей, а его второй вывод - к общей точке соответствующих обратных вентилей.Кроме того, конденсатор указанного ),С-контура подсоединен ко вторичной обмотке дополнительного трансформатора,первичная обмотка которого включенапоследовательно с дросселем того жеконтура, причем в мостовом исполнениивторичные обмотки дополнительных трансформаторов противофазных вентильных 5 групп моста соединены параллельно и подключены к общему конденсатору Ь С -контура.На фиг. 1 - основная двухмостоваясхема; на фиг. 2 и 3 приведены вариантоты полумостового и одномостового исполнения (инвертора), где:1-8 - основные вентили инвертора;9-16 - обратные вентили инвертора; 1720 - обратные вентили, шунтируюшие нат- е 5рузку с фильтровыми конденсаторами; 21 коммутирующие дроссели, включенныепоследовательно с коммутирующими конденсаторами; 22 - коммутирующие дроссели, включенные в анодные цепи вентилей инвертора; 23 - коммутирующие конденсаторы; 24-27 - фильтровые конденсаторы; 28 - фильтровые дросселн; 29 нагрузка; 30 - нелинейные дроссели, включенные последовательно с обратными вентилями, шунтируюшими нагрузку с фильтровыми конденсаторами; 31 - дополнительные конденса 1 оры; 32 - дополнитель ные дроссели; ЗЗ - дополнительные транс форматоры,Поясним принцип работы предложенно го устройства сначала по наиболее простой схеме инвертора (фиг, 1 ), в которой дополнительный дроссель 32 зашунтиро О ван.При отпирании прямого вентиля 6 поконтуру 24-22-6-31-23-21-34 (верхняяполовина нагрузочного трансформатора34) - 24 протекает близкий по форме ксинусоидальному импульс прямого тока,цри этом конденсаторы 23 и 31 заряжаются в сумме до напряжения 11 м, которое примерно равно двойному напряжению на фильтровом конденсаторе 24, ЭтонапряжениеЦраспределится на конденсаторах 23 и 31 обратнопропорциональноих емкости, причем правые обкладки будут иметь знак "+", левые "-" что обеспечивает выключение основного вентиля6; При включении обратного вентиля 14по контуру 24-34-21-23-14-22-24 протекает близкий по форме к синусоидальному импульс обратно:о тока, при этомконденсатор 23 частично разряжается, аконденсатор 31 не разряжается и обеспечивает повышенное обратное напряжениена основном вентиле в течение всего времани протекания тока через встречныйвентиль 14. На нагрузке при атом форми.р ется полный период выходного токапрямая и обратная полуволны). Для обеспечения протекания тока через обратныйвентинь 14 необходимо, чтобы соблюдалось неравенством 3,что выполнисизмо при С С 2, т.е. дойслнительныйконденсатор 31 обязательно должен иметь4большую емкость, чем конденсатор 23,Однако ато не вызывает увеличения егоустановленной мощности, так как при уве 45личении его емкости на нем снижаетсямаксимальное напряжение,При включении противофазного основного вентиля 7 процесс повторяется, при50атом прямой ток протекает по контуру27-34 (нижняя лолуобмотка нагруэочного трансформатора 34)-21-23-31-7-2227 и левые обкладки конденсаторов 23и 31 становятся положительными, а пра 55вые - отрицательными При включенииобратного вентиля 16 конденсатор 23 будет частично разряжаться но контуру27-22-16-23-21-34-27, а конденсатор 31 будет обеспечивать повышенноеобратное напряжение на прямом вентиле7 а течение всего времени протеканиятока через вентиль 16,Нагрузка в схеме (первичная обмотканагруэочного трансформатора 34) эашунтирована с.каждым из фильтровых конден-,саторов 24 и 27 обратными вентилями18 и 19, для облегчения работы которых последовательно с ними включенынелинейные дроссели 30. При резком возрастании сопротивления нагрузки 29 резко возрастает напряжение на ней (на первичной обмотке трансформатора 34) иснижается время, предоставляемое длявосстановления управляемости основныхвентилей. Для предотвращения этого включаются вентили 18 и 19, которые снижают напряжение на нагрузке до требуемого уровня и поддерживают на заданномуровне время, предоставляемое для восстановлениФ управляемости основных вентилей, Если в технологическом процессерезкого увеличения сопротивления нагрузки не происходит, обратные вентили 18и 19 шунтируюшие нагрузку, могут отсутствовать.В качестве обратных вентилей (например 14 и 16) могут применяться какуправляемые, так и неуправляемые вентили, В последнем случае при включенииочередного прямого вентилянапримервентиля 7, конденсатор 31 помимо церезаряда по основному контуру 27-34-21-23-31-7-22-27 может разряжаться поконтуру 31-7-16-31, что может привести к дополнительной загрузке током вентилей 7 и 16,Для предотвращения атого разрядапоследовательно с дополнительным конденсатором 31 включен дополнительный дроссель 32, величина которого должна выбираться из условия, чтобы ток по контуру 31-7-16-32-31 был равен нулю илибыл значительно меньше, чем цо основному контуру 27-34-21-23-32-31-7-2227. Включение дополнительного дросселя32 не влияет на процесс восстановленияуправляемости основного вентиля 7, таккак при протекании тока по обратному вентилю 16 ток по контуру 32-31-7-16-32равен нулю, иследовательно, напряжениена дросселе 32 также равно нулю.В ряде случаев оказывается целесообразным подключать дополнительный конденсатор 31 через дополнительный трансформатор 33 для облегчения согласования величин емкостей конденсаторов 23и 31, Вариант с таким подключением дополнительных конденсаторов в мостовом инверторе показан нв фнг. 3, Изменяя соотношение витков первичной и вторичной обмоток трансформатора 33, можно изменять соотношение между емкостями конденсаторов 23 и 31, при использовании одного типа конденсаторов, В схеме (фиг. 3) процессы протекают аналогично рассмотренным в схеме на фиг, 2. При 1 и включении основных вентилей 5 и 8 прямой ток протекаег по контуру 24-22-5- -33-32-2 1-23-32 33-8-22-2 7-29-24, при атом заряжаются конденсатор 23 и конденсаторы 31. При включении обратных 15 вентилей 13 и 16 встречный ток протекает по контуру 24-29-27-22-16-23- -21-13-22-24, при атом конденсатор 23 обеспечивает протекание тока через обратные вентили 13 и 16, а конденсаторы 31 через трансформаторы 33 обеспечивают в течение времени протекания тока через вентили 13 и 16 повышенное обратное напряжение на основных вентилях 5 и 8, При работе вентилей 5, 8 и 13, 16 через нагрузку 29 протекает переменный ток (полный период), Затем включаются основные вентили 6, 7 (ток протекает по контуру 24-22-6-33-3223-21- -32-33-7-22-27-29-24) и обратныеМ 14, 15 (ток протекает поконтуру 24-29- -27-22-15-21-23-14-22-24), при этом процессы повторяются, Вентили 18 и 19 (в схеме фиг. 3) служат для ограничения напряжения на нагрузке 29 и предотвращения снижения времени, предоставляемого для восстановления .управляемости основных вентилей.В ряде случаев целесообразно обьединять дополнительные конденсаторы проти 40 вофаэных групп вентилей, Такой вариант двухмостового инвертора показан на фиг.1. Здесь обьединены дополнительные конденсаторы 31 вентилей 1,3,9,11 и 2,4,10, 12 в левом мосту, а также вентилей45 5,7,13,15 и 6,8,14,16 в правом мосту инвер гора.Схема работает следующим образом, При включении основных вентилей 1, 4,Ю прямой ток протекает по контуру: 24-22- -1-33-32-2 1-23-32-33-4-2 2-2 7-;29 24, при этом заряжаются конденсаторы 23 и 31. При включении обратных вентилей 9, 12 встречный ток протекает , по контуру 23 21 9 22-24-29 27-2255 -12-23, при этом конденсатор 23 обеспечивает протекание встречного тока через обратные вентили 9 и 12, в конденсвтор 31 через трансформаторы 33 обеспечивает в течение времени протекания тока через вентили 9 и 12 повышенное обратное напряжение на основных вентилях 1 и 4. В следующем такте работы инвертора включаются основные вентили 5 и 8 и обратные 13, 16, затем основные вентили 2 и 3 и обратные - 11, 10.В послынем такте работы включаются основные вентили 6, 7 и обратные 15, 14, В каждом такте работы процессы в схеме повторяются аналогично описанным.Таким образом, в предлагаемых схем:ах ннверторов к основным вентилям прикладывается повышенное обратное напряжение во время работы соответствующих обратных вентилей, что снижает времянеобходимое для восстановления их управляемости, а, следовательно, расширяет частотный диапазон работы инверторв, Предлагаемый контур может быть использован и в других схемах со встречно-параллельными вентилями.формула изобретения1. Последовательный автономный инвертор, содержащий встречно-параллельно включенные последовательные пары основных и обратных вентилей, связанные с коммутирующим ЬС -контуром, и фильтр, состоящий иэ двух последовательно соединенных 1 С -цепей, конденсатор каждой иэ которых соединен с выходными выводами инвертора через цепочку из нелинейного дросселя и дополнительного обратного вентиля, о т л и ч а ю ш и й с я тем, что, с целью увеличения надежности и повышения КПИ,он снабжен дополнительным.С -контуром, включенные между общими точками указанных пар вентилей.2. Инвертор по п. 1, о т л и ч а юш и й с я тем, что дополнительный С- контур выполнен в виде последовательно соединенных дросселя и конденсатора.3. Инвертор по п. 1, о т л и ч а ю - ш и й с я тем, что последовательно с дросселем дополнительного Ь С-контурв включена первичная обмотка вспомогательного трансформатора,вторичная обмотка которого зашунгированв конденсатором этого контура.4. Инвергор по и, 3, о т л и ч а юш и й с я тем, что при мостовом исполнении вторичные обмотки дополнительных трансформаторов протнвофвзных вентильных групп моста инверторв соединены параллельно и подключены к общему кон,денсатору дополнительногоС-контура.ФЪ 657549 Яь.зСоставителль Г. Вотчицев Техред О. Андрейко Корректор Г, Назарова Ба акт а Подписноемитета СССРкрытийя набд, 4/5 каз 1818/54 Тираж 856 ЦНИИПИ Государственного ко по делам изобретений и о 113035, Москва, Ж, Раушск