Последовательный автономный инвертор

ОП ИСАНИ Е ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик 877749Дата опубликования описания 05.11.81(72) Авторы изобретен и Шипицын, В. И, Лузгин, А. А. Новиков , В; Абрамов, .Д. В. Чуркин и В. А ский ордена Трудового Красного Зн технический институт им, С. М. Ки(7) Заявитель 54) ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР Изобретение относится к преобразова- тельной технике и может быть использовано для питания индукционных нагревательных установок, а также для ультразвуковых технологических установок.Известен мостовой последовательный йнвертор с включением нагрузки внутри вен- з тильного моста, в котором за счет колеба-тельного режима существенно снижаются скорости нарастания и спада тока управляемых вентилей и тем самым снижаются коммутационные потери, а за счет введения пауз между моментом окончания тока в проводя" щих вентилях и моментом отпирания очередных вентилей увеличивается время, предос-. тавляемое для восстановления управляемости прямых вентилей 1,Однако при снижении сопротивления нагрузки резко возрастает напряжение на вентилях, достигая 8 в10-кратного значения по сравнению с оитающим напряжением, а при увеличении сопротивления нагрузки резко снижается время, предоставляемое. для восстановления управляемости прямых 20 виталей.Наиболее близким к предлагаемому является последовательный автономный инвертор, содержащий два вентильных моста скоммутирующими конденсаторами в диаго-налях переменного тока и с коммутирующими дросселями, связанных через компен.сирующие конденсаторы с фильтровым конденсатором и через фильтровые дроссели -со входными выводами 12,В таком ииверторе при увеличении со-,противления нагрузки время, предоставляемое для восстановления управляемости, может резко падать, причем восстановление уп-равляемости прямых вентилей происходитпри малом обратном напряжении, равномпрямому падению напряжения на встречныхвентилях, Это затрудняет процесс восстанов-,ления управляемости и увеличивает его.длительность, Поэтому верхний предел частотограничен, а допустимые пределы изменениясопротивления нагрузки уменьшаются,Цель изобретения - расширение диапа.зонов изменения частоты и нагрузки,.Поставленная цель достигается тем, чтопоследовательный автономный инвертор,со.держащий два вентильных моста с комму.тирующими конденсаторами в диагоналяхпеременного тока и с коммутирующими дрос.селями, связанных через компенсирующиеЗО 55 4 о 45 50 55 конденсаторы с фильтровым конденсатором и через фильтровые дроссели - со входными выводами, снабжен трансформатором, допол. нительными обратными и рекуперативными вентилями, а также датчиком тока рекуперзтивных вентилей, датчиком состояния нагрузки, задающим генератором и распределителем импульсов, причем каждый из коммутирующих дросселей включен последовательно с соответствующим вентилем одного из указанных мостов и снабжен вторичной обмоткой, причем вторичные обмотки дросселей противоположных плеч каждого моста соединены последовательно и через соответствующий дополнительный обратный вентиль подключены к общей точке соединения компенсирующего конденсатора с другим вентильным мостом, повышающие отводы первичной обмотки трансформатора через соответствующие дополнительные рекуперативные вентили соединены с обшей точкой мостов, датчик тока рекуперации включен в цепи рекуперативных вентилей, датчик контроля нагрузки - в выходную цепь, причем выходы обоих датчиков подключены к соответствуюшим входам задаюшего генератора, выход которого через распределитель импульсов связан с управляющими переходами вентилей мостов.На чертеже приведена схема предлагаемого инвертора,Инвертор содержит вентильные мосты1 - 8 с тиристорами, дополнительные вентили 9 в 12, причем вентильные мосты снабжены коммутирующими конденсаторами 13, 14, включенными в диагоналях мостов, коммутирующими дросселями 15 - 22, включен. ными в анодные цепи прямых вентилей 1 - 8и имеющими вторичные обмотки 23 - 30, причем эти вторичные обмотки каждых двух синфазных коммутирующих дросселей включены последовательно между собой и полученные цепи одними выводами подсоединены к точке соединения фильтрового конденсатора 3 й фильтрового дросселя 32. Дроссели 32, 33 служат для связи фильтрового конденсатора 3 со входными выводами.Дополнительные вентили 34, 35 рекуперации излишней электромагнитной энергии из нагрузки в питающую сеть, которые могут быть как неуправляемыми, так и управляемыми, одними выводами подключены к точке сое. динения фильтрового конденсатора 31 и фильтрового дросселя 33, соединенного с отрицательным полюсом источника питания, а вторыми выводами с крайними выводами первичных обмоток 36, 37 выходкого трансформатора, имеющего вторичную обмотку 38.К промежуточным отводам первичной обмотки подсоединены компенсирующие конденсаторы 39, 40, ко вторичнойобмотке 38 - нагрузка 4. В цепи вентилей 34, 35 включен датчик 42 тока,.в цепи нагрузки 41 - датчик 43 контроля нагрузки. Датчики связаны 5 1 О 15 20 25 с задающим генератором 44 и распределите. лем 45,Инвертор работает следукнпим образом, При отпирании прямых вентилей 1, 4 инвертора ток протекает по контуру: 31 в .36 и 39 в 15 вв 13 в 18 - 31. При этом происходит перезаряд коммутирующего конденсатора 13, Напряжение на коммутирующих дросселях 15, 18 изменяет знак и, когда величина этого напряжения превысит сумму напряжений источника питания и напряжения части первичной обмотки 37 выходного трансформатора, открывается встречный вентиль 9. Через обмотку 37 протекает ток вторичных обмоток 23, 26 по контуру: 26 - 23 - 9 - 37 и 40 - 31 - 26, который на обмотке 37 трансформатора обеспечивает ту же полярность напряжения, что и ток, протекавший до этого по обмотке 36, На этом заканчивается формирование первого полу- периода выходного напряжения на нагруз.ке 41.Затем отпираются вентили 5, 8 противофазного вентильного моста и ток протекает по контуру:3 - 37 и 40 в 19 в 5 4 в 8 в .22 - 31. При этом происходит перезаряд коммутирующего конденсатора 14 и напряжение на коммутирующих дросселях 19, 22 меняет знак, Когда величина этого напряжения превысит сумму напряжений источника питания и напряжения на части первичной обмотки 36 выходного трансформатора, открывается встречный вентиль 11. Через обмотку 36 протекает ток вторичных обмоток 27, 30 по контуру: 30 в 27 11 - 36 и 29 - 31 - 30, который на обмотке трансформатора 36 обеспечивает ту же полярность напряжения, что и ток, протекавший до этого ио обмотке 37. На этом заканчивается второй полу- период выходного напряжения на нагрузке 41,Для формирования третьего полупериода выходного напряжения отпираются вентили 2, 3 и ток вначале протекает по контуру 31 - 36 и 39 в 16 - 2 - 13 - 3 - 17 - 31, а затем по контуру: 25 - 24 - 10 - 37 и 40 - 31 - 25; для формирования четвертого полупериода выходного напряжения отпираются вентили 6, 7 и ток вначале протекает по контуру: 31 - 37 и 40 в 20 в 4 - 7 - 21 - 31, а затем по контуру: 29 в 28 12 - 36 и 39 - 3 -29, После этого процессы повторяются.При работе с номинальным сопротивлением нагрузки для обеспечения достаточного обратного напряжения на вентилях 18 инвертора отпайки первичных обмоток 36, 37 трансформатора выбираются таким образом, чтобы вентили 34, 35 рекуперации были закрыты питающим напряжением. В этом случае частота подачи управляюших импульсов вентилей инвертора, задаваемая генерато. ром 44, корректируется датчиком 43 контроля состояния нагрузки 41 таким образом, чтобы обеспечивать оптимальный режим инвертора. Если инвертор работает на нагрузку, представляющую собой зашунтипованный компенсирующей емкостью индуктор, то в качестве датчика 43 может быть использован датчик угла сдвига между первыми гармониками тока и напряжения на нагрузке. В этом случае датчик 43 корректирует частоту генератора 44 таким образом, чтобы поддерживать минимальный угол сдвига.Если инвертор работает на нагрузку, представляющую собой магнитосгрикционный или пьезокерамический преобразователь электрических колебаний в механические, то в качестве датчика 43 может быть использован датчик акустической обратной связи или комбинированный датчик угла и акустической обратной связи, В этом случае датчик 43 корректирует частоту генератора 44 таким образом, чтобы поддерживать максимально возможную амплитуду механи"Ческих колебаний.При возрастании сопротивления нагрузки выше номинального напряжение на нагрузке возрастает, что приводит к снижению обратного напряжения на вентилях 1 - 8.Через диоды 34, 35 начинает протекать ток, при этом датчик 42 тока рекуперацчи кор.- ректирует частоту задающего генератора таким образом, чтобы уменьшить напряжение на нагрузочном трансформаторе и тем самым предотвратить снижение обратного напряжения на вентилях инвертора 1 - 8,Таким образом, инвертор способен работать в широком диапазоне изменения эквивалентного сопротивления нагрузочного контура в пределе от 0 до холостого хода.За счет увеличения обратного напряжения на прямых вентилях инвертора обеспечивается ускорение процесса восстановления уп.равляемости вентилей н тем самым расширяется частотный диапазон схемы. За счет питания противофазных мостов инвертора от одного фильтрового конденсатора обеспечивается меньший уровень гармонических составляющих в токе питающей сети, что позволяет снизить габариты и стоимость фильтра. Включение коммутирующих дросселей в анодные цепи вентилей позволяет уменьшить предельное напряжение на вевтилях инвертора, так как при включении противофазной группы вентилей напряжение на выключенных вентилях определяется разностью напряжений на коммутирующем кон- денсаторе и на половине коммутирующего дросселя. Все это позволяет получить вы.сокую надежность работы инвертора, выполненного по предлагаемой схеме, и обеспечить улучшение массогабаритных показа.5телеи на 10 - 150/оФормула изобретенияПоследовательный автономный инвертор,1 О . содержащий два вентильных моста с ком.мутирующими конденсаторами в диагоналяхпеременного тока и с коммутирующимндросселями, связанных через компенсирующие конденсаторы с фильтровым конденсатором и через фильтровые дроссели - со15 входными выводами, отличающийся тем,что, с целью расширения диапазонов изменения частоты и нагрузки, он снабжентрансформатором, дополнительными обратными и рекуперативными вентилями, а так.же датчиком тока рекуперативных вентилей,датчиком состояния нагрузки, задающимгенератором и распределителем импульсов,причем каждый из коммутирующих дросселей включен последовательно с соответст.вующим вентилем одного из укаэанных мое.г 5 тов и снабжен вторичной обмоткой, причемвторичные обмотки дросселей. противополоа.нцх плеч каждого моста соединены последовательно и через соответствующий допол.нительный обратный вентиль подключены нобщей точке соединения компенсирующегоконденсатора с другим вентильным мостом,повышающие отводы первичной обмоткитрансформатора через соответствующие дополнительные рекуперативные вентили соединены с общей точкой мостов, датчик токарекуперации включен в цепи рекуперативных вентилей, датчик контроля нагрузки -в выходную цепь, причем выходы обоихдатчиков подключены к, соответствующимвходам задающего генератора, выход которого через распределитель импульсов свя 40 зан с управляющими переходами вентилейм остов.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Беркович В. И. и др, Тиристорныепреобразователи высокой частоты, М.,45 Энергия, 1973, с. 46, рис. 3 в .2. Авторское свидетельство СССРЮе 425283, кл, Н 02 М 5/42, 971,остап Била едактаказ 96 С. Тараненко 8/84 ВНИИПИ Гос по делам 113035, Москва илиал ППП Паттель А. Сытинйкас КорректорПодписноекомитета СССРи открытийшская наб д, 4/5род, ул. Проектная,Гехред А. Б Тираж 133 ударственногоизобретений Ж - 35, Рау ентэ, г. Ужго