Последовательный автономный инвертор

(22) Заявлено 310179 (21) 2719119/24-07 Н 02 М 7/515 с присоединением заявки Й 9 Государственнрй коинтет СССР по делан изобретений и открытий(53) УДК 621, 314, .572 (088,8) Дата опубликования описания 30.11. 80(71) Заявитель Уральский ордена Трудового Красного Знамениполитехнический институт им. С, М. Кирова(54) ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР Наиболее близкой к изобретению является схема инвертора 21, которая содержит вентильный мост, к зажимам переменного тока которого подключены одни обкладки двух коммутирующих конденсаторов, а к анодам и катодам вентилей моста, подключенным к входным зажимам через фильтровые дроссели, подсоединены цепочки, состоящие из последовательно соединенных коммутирующего дросселя и фильтрового конденсатора. В этой схеме, во-первых, увеличено время, предоставляемое для восстановления управляемости вентилей, примерно до половины периода выходной частоты; во-вторых, предотвращается возрастание напряжения на вентилях инвертора при резком снижении сопротивления нагрузки.Недостатком этой схемы является то, что на интервале времени, предоставляемого для восстановления управляемости прямых вентилей, к ним прикладывается малое обратное напряжение, госкольку рекуперация избыточной реактивной эйергии, запасенной в коммутирующем контуре, осуществляется посредством вентилей встречно-параллельного включения, что приводит к Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано при разработке генераторов для ультразвуковой технологии.5Известна схема автономного мостового последовательного инвертора, содержащая вентильный мост, в диагонали которого вклачен коммутирующий С-контурй нагрузка 11, в котором тц ток, протекающий через вентили, имеет сииусоидальную форму, что снижает коммутационные потери .в вентилях,а напряжение на нагрузке имеет симметричную, близкую к синусоидальной, т 5 форму чо уменьшает содержание высших гармоник в выходном токе и уменьшает потери в компенсирующем нагруз; ку конденсаторе.Однако в укаэанной схеме инверто ра время для восстановления управляемости составляет 0,1-0,0 периода выходного напряжения, что снижает верхний предел частоты, на которой может применяться этот инвертор.Кро ме того, в этой схеме при резком снижении сопротивления нагрузки недопустимо возрастает напряжение на вентилях, что снижает надежность работы инвертора, ЗО В. В, Шипицин, А. А. Новиков, В. И, Лузгин, А. А. Рухман,В. В. Дрягин, В. В. Рудный, А. В. Абрамов, О. Л. Кузнецов,ф. Н. Маричев, В. Г. Сафин, Г. Н. Ягодов, В, Н. Макарови Д, В. Чуркинзатягиванию времени, необходимогодля восстановления управляемости прямых вентилей, а следовательно к снижению предельно возмохной выходнойчастоты и сиикению надежности работы, Помимо этого, такая схема способна работать в узком диапазоне изменения эквивалентного сопротивлениянагрузки, поскольку с его ростомснижается время, предоставляемоедля восстановления управляемостипрямых вентилей, и нарушаются условия их коммутации, что также сни жает надежность работы.Целью изобретения является повышение надежности работы инвертора.Для достижения поставленной целиинвертор, содержащий тиристорныймост,выводы переменного тока ко- торого соединены с одними обкладкамикоммутирующих конденсаторов, а канодам и катодам тиристоров, связанных с входными выводами черездроссели Фильтра, подключены последовательные цепочки, состоящие каж.:дая из коммутирующего дросселя ифильтрового конденсатора, связанно- го с соответствующим выходным выводом, снабжен диодами и выходнымтрансформатором с четырьмя попарнопоследовательно соединенными первичными обмотками, акоммутирующие дросселя выполнены двухобмоточными, причем каждая пара первичных обмоток - выходного трансформатора подключена"между фильтровыми конденсаторамипервых последовательных цепочек,соединенных с тиристорами смежныхпротивофазных плеч моста, и зушунти рбвана двумя цепочками, состоящимикаждая иэ диода и одного иэ указанных фильтровых конденсаторов, а об-:щая точка пары соединена с другойобкладкой коммутирующего конденсаторф и общей точкой последовательносоединенных вторичных обмоток коммутирующих дросселей вторых цепочек,причем концы укаэанных вторичныхобмоток через диоды подключены к точкам соединения конденсаторов и йервичных обмоток коммутирующих дросселей первых цепочек, а первичнаяобмотка коммутирующего дросселя каждой цепочки выполнена с отпайкой,подключенной через диод к точке соединения фильтрового конденсатораэтой же цепочки с первичной обмоткойтрансформатора.На фиг.1 показан основной вариантинвертора; на фиг.2 - полумостовойвариант.Инвертор состоит иэ тиристорногГмоста, содержащего тиристоры 1-4, коммутирующие конденсаторы 5,б,коммутирующие дроссели 7-10 со вторичными обмотками 11-14, включенные по- следовательно с коммутирующими дросселями, фильтровые дроссели 15-18"и Фильтровые конденсаторы 19-22, нагрузку 23, подключенную ко вторичной обмотке 24 выходного трансформатора, первичные обмотки которого" 25-28 подключены между коммутирующими и фильтровыми конденсаторами;подключенные к отпайкам коммутирую 3 щих дросселей и фильтровым конденсаторам диоды 29-32 для ограниченияпрямой полуволны напряжения на коммутирующих дросселях; включенные. последовательно с вторичными обмотками16 коммутирующих дросселей, фильтровымиконденсаторами и первичными обмотками выходного трансформатора диоды33-36 для ограничения обратной по-луволны напряжения на коммутирующем1 ф дросселе и включенные последователь- но с первичными обмотками и фильтровыми конденсаторами диоды 37-40 дляограничения напряжения на нагрузке.Инвертдр работает следующим об разом.В первом такте отпирается тиристор1, и ток протекает по контуру.21-9-1-5-25-21 и трансформируетсяв контур 24-23-24,В случае, еслинапряжение на части коммутирующегодросселя 9 окажется выше напряженияна фильтровом конденсаторе 21, вначале периода будет протекать импульс тока в контуре 9-21-31-9, который прекратится в момент равенства30 указанных напряжений. После сменыполярности напряжения на коммутирующем дросселе 9, когда величина напряжения на вторичной его обмотке13 превышает сумму напряжений на3 Я конденсаторе 22 и обмотке 26 нагрузочного трансформатора, отпираетсядиод 36, и ток рекуперации энергиииз контура коммутации протекаетпо цепи 13-36-22-26-13.Во втором такте отпирается тирисфф тор 2, и в том же порядке, что и впервом такте, в инверторе протекаюттоки:ток в контуре коммутации22-10-2-6-26-22;4 ток ограничения первой полуволнынапряжения-на коммутирующей индуктивности по контуру 10-22-29-10;ток рекуперации энергии из контура коммутации по цепи 14-35-21-25 щ 14,При этом импульс тока в нагрузке23 будет протекать в направлениипротивоположном направлению тока впервом такте.Время, предоставляемое для восста-новления управляемости тиристора 1,состоит из двух интервалов, Первыйиэ этих интервалов равен " времениработы тиристора 2, т.е. полупериоду выходной частоты. Второй интерЮО вал определяется моментом.выравниванин напряжений на конденсаторе 21 иперезаряжается через тиристор 3 конденсатора 5. Этот интервал составляет примерйо 0;2 от периода выходной65 частоты. Таким образом, полное время, предоставляемое для восстановления управляемости тиристора 1 (аналогично и для тиристоров 2,3 и 4),составляет примерно 0,7 периода выходной частоты.В третьем такте отпирается тиристо3, и в схеме протекают следующие токи:ток в контуре коммутации 19-27-53-7-19;ток ограничения напряжения на коммутирукщей индуктивности по контуру7-32-19-7;ток рекуперации энергии из контуракоммутации по цепи 11-28-20-34-11.Направление тока в нагрузке 23 будетпротивоположным направлению в предыдущем такте.В четвертом такте отпирается тиристор 4, и токи текут по цепям:ток в контуре коммутации 20-28-64-3-20;ток ограничения напряжения накоммутирующей индуктивности по контуру 8-30-20-8;ток рекуперации энергии из контура коммутации по цепи 12-27-19-33-12.Через нагрузку 23 будет протекатьимпульс тока, направление которогопротивоположно направлению тока впредыдущем такте, Таким образом, всхеме осуществляется двухсторонняяподпитка нагрузки импульсами тока.Токи рекуперации энергии протекаютчерез нагрузку в том же направлении,что и импульсы тока, соответствующегоим контура коммутации.Если суммарное направление наобмотках трансформатора 25, 27, и26, 28 станет выше, чем напряжение,до которого заряжены конденсаторы19,20,21 и 22, то откроются диоды37, 38, 39 и 40, н потекут токив цепях ограничения напряжения нанагрузке: 25-27-37-21-25, 25-27-1938-25, 26-28-39-22-26 и 26-28-20-4026,Схема может быть выполнена в полумостовом варианте (Фнг.2).Процессы в схеме протекают тогдаследующим образом.В первом такте отпирается тиристор1, и течет ток в контуре коммутациипо цепи 21-9-1-5-25-21. При этомток ограничения напряжения на коммутирующем дросселе протекает по цепи,9-21-31-9. Ток рекуперации энергиииэ контура коммутации течет по цепи13-36-19-13,Во втором также отпирается тиристор 3, и течет ток в контуре коьмутации по цепи 19-27-5-3-7-19. Приэтом ток ограничения напряжения накоммутирующем дросселе протекает поцепи 7-32-19-7. Ток рекуперации энергии из контура коммутации течет поцепи 11-21-34-11. Р0 рующих конденсаторов, а к анодам и2 О катодам тиристоров, связанных с входными выводами через дроссели Фильтра, подключены последовательные цепочки, состоящие каждая из коммутирующего дросселя и фильтрового конденсатора, связанного с соответству ющим выходным выводом, о т л и ч аю щ и й с я тем,что, с целью повышения надежности, он снабжен диодамии выходным трансформатором с четырьмя попарно последовательно соединен 30 ными первичными"обмотками, а комму-тирующие дроссели выполнены двухобмоточными, причем каждая пара первичных обмоток выходного трансформатора подключена между фильтровыми35 конденсаторами первых последовательных цепочек, соединенных с тиристорами смежных противофазных плечмОста, и зашунтирована двумя цепочками, состоящими, каждая из диода иодного из указанных Фильтровых конДенсаторов, а общая точка пары соединена с другой обкладкой коммутирующего конденсатора и общей точкоййоследовательно соединенных вторичныхобмоток коммутирующих дросселей вто 4 рых цепочек, причем концы укаэанныхвторичных обмоток через диоды подключены к точкам соединения конден.-,саторов и первичных обмоток коммутирующих дросселей первых цепочек,50 а первичная обмотка коммутирующегодросселя каждой цепочки выполнена сотпайкой, подключенной через диодк точке соединения фильтрового конденсатора этой же цепочки с первичу ной обмоткой трансформатора,При превышении величины напряжения на нагрузке уровня, до которого запряжены конденсаторы 21 и 19, те- кут токи по цепям 25-27-37-21-25 и 25-27-19-38-25.Таким образом, схемы обеспечивают время, предоставляемое для восстановления управляемости вентилей,в пределах 0,5-0,7 периода частоты выходного напряжения, а также обеспечивают работу при изменении сопротивления нагрузки от 0 до оо , что в целом на 25-30 повышает надежность предлагаемого инвертора. формула изобретения Последовательный автономный ин- вертор, содержащий тиристорный мост, выводы переменного тока которого соединены с одними обкладками коммутиИсточники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Беркович Е, И. и др. Тнристорные преобразователи высокой частоты, Л., "Энергия", 1973, с. 46 рис. 316 а. 62. Авторское свидетельство СССР 9 484611, кл. Н 02 М 7/515, 1977.Стец Подписн Зак 4/5 Э илиал ППП "Патент игород, ул. Проектная,4 еь566/59ВНИИПИ осудаделамМоскв Тираж 783венного комитета ССС зобретений и открыти Ж, Раушская наб.