Инвертор

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51)М. Кл. Н 02 М 7/515 3 Ъеударствсниый комитет СССР ио делам иэебретеннй н открытий(53) УД К 621.314, 572 (088 8) Опубликовано 15.10.82, Бюллетень М 38 Дата опубликования описания 15.10,82КА.к 1 ч (Я" с, , .в3Харьковский ордена Ленина политехнический институтим. В. И. Ленина(54) ИНВЕРТОР 1ЪИзобретение огносится к обласги полупроводниковой преобразовательной техники и может быть использовано для получения синусоидальных напряжений в системах электропитания и электропривода,Известен преобразователь на базе по лумосгового инвертора, содержащий силовые тнрисгоры, трансформатор, первичныеполуобмогки которого имеют отпайки, связанные с обратными диодами, коммутирующий конденсатор и коммутирующий дроссель. Данный преобразователь прост в исполнении и надежен 1 1 1.Однако преобразовагель не позволяет получить достаточно высокое качество формы кривой выходного напряжения. При его использовании в часгогно-регулируемом асинхронном элекгроприводе несинусоидальность выходного напряжения вызывает большие дополнительные потери в двигателе и затрудняет регулирование частоты вращения в области низких частот (0,5-5 Гц) из-за наличия пульсаций электромагнитного момента двигателя. 2Известен также преобразователь, содержащий основные силовые гиристоры, трансформатор с нулевой гочкой, две пер вичные полуобмогки которого имеют огпайки, к которым подключены аноды дополнительных тиристоров, катоды которых подключены к огпайкам сглаживающего дросселя. Данный преобразователь позволяет получить на выходе ступенчатую кривую напряжения. Это досгигаегся тем, что дополнительная пара тиристоров соединяет по одной отпайке каждой первичной обмотки трансформатора, расположенной симметрично относительно нулевой точки, с отпайкой обмотки дросселя 2 1.Однако введение одной дополнигельной пары тирисгоров не позволяет получить выходное напряжение, близкое к синусои дальному. Для улучшения гармонического состава выходного напряжения преобразователь должен иметь большое количество дополнительных тирисгоров, а также трансформатор и дроссельсо множеством отпаек. Такое введение дополнительных элементов отрицательно сказывается на егонадежности, усложняет силовую схему исистему управления.Наиболее близким к предложенному потехнической сущности и достигаемомуэффекту является инвертор, содержащийвыходной трансформатор с двумя симметричными согласно включенными полуобмотками, одни концы которых соединены сположительным входным выводом, а другие - . через отсекающие диоды подключе-.ны к анодам силовых тиристоров, соеди-ненным между собой через коммутирую-щий конденсатор, причем катоды указанныхтиристоров через коммутирующий дроссель 1соединены с отрицательным входным выводом, а также возвратные диоды и выходной фильтр, Выходной фильтр в инверторевыполнен Г-образным, резонансйым, основным элементом которого является последовательное звеыо , С, настроенное напервую гармонику, Вторым элементомфильтра является параллельный контур,имеющий большое сопротивление для основной гармоники и малое сопротивлениедля более высоких гармоник. Управлениеданным преобразователем осуществляетсяметодом широтно-импульсной модуляций.(ШИМ). Данный преобразрватель обеспечивает получение на нагрузке напряжениясинусоидальной формы 31.. Однако наличие резонансного фильтраограничйвает применение преобразователядля питания потребителей, работающих вшироком частотном диапазоне, так какпри отклонении частоты выходного напря- Зжения от 50 Гц происходитнарушение резонанса, на который настроены контурыфильтра, Это приводит к резкому ухудшению гармонического состава выходного.напряжения и увеличению коэффициента нелинейных искажений. Кроме того, наличиефильтра ухудшает массогабаритные показатели преобразователя.Цель изобретения - обеспечение работы преобразователя в широком диапазоне ф 5выходных частот и улучшение массогвбаритных показателей устройстВа;,Для достижения поставленной цели в.инверторе выходной фильтр выполнен в. виде высокочастотного трансформатора с50двумя симметричными обмотками, подклю-"ценными одними разноименными концамик анодам отсекающих диодов, а другимиконцами к полуобмоткам выходного трансформатора, шунтироввнным конденсатором 5 Зфильтра,Инвертор позволяет получить на нагрузке напряжение.в широком диапазоне частот 3 966831 4так как по сравнению с известным устройством в нем отсутствует резонансныйфильтр, настроенный на частоту 50 Гц.Фильтр, состоящий из трансформатора, шунтированного конденсатором, не оказываетсопротивления току высокой частоты, ипреобразователь в течение каждого периода несущей частоты ШИМ работает какобычный полумостовой инвертор.Исключение выходного фильтра, массакоторого обычно составляет 30-35 массы всего преобразователя, позволяет улучшить массогабаритные показатели по срав-.нению с известным устройством. Так каквыбор фильтрового дросселя проводитсядля частоты 50 Гц, а дополнительноготрансформатора данного преобразователядля несущей частоты ШИМ, которая обычнов 10-12 раз больше максимальной выходной частоты, то по расчетным данным масса трансформатора, примерно в 5 раз меньше массы дросселя. Что касается основного трансформатора, то он идентичен помассе и габаритам дополнительному трансформатору, ибо оба они рассчитываютсяна выходную частоту,На чертеже представлена схема инвертораИнвертор содержит высокочастотныйтрансформатор с двумя. симметричными,согласно включенными обмотками 1 и 2имеющими сильную магнитную связь. Кначалу обмотки 1 подключен через возвратный диод 3 анод силового тиристора4; а к концу обмотки 2 через возвоатныадиод 5 анод силового тиристора 6 Межву акодами тиристоров 4 и 6 включен коммутирующий конденсатор 7, а их катоды через коммутирующий дроссель 8 связаны с"минусом" источника постоянного тока.фПлюсф источника постоянного тока соединен со средней точкой выходного трансформатора, имеющего две симметричныесогласно включенные полуобмотки 9 и 10,шунтированные конденсатором 11, емкостькоторого значительно больше емкости коммутирующего конденсатора 7. Начало полуобмотки 9 и конец полуобмотки 10 дополнительного трансформатора соединеныс концом обмотки 1 и обмотки 2 высокочастотного трансформатора соответственно,имеющего отпайки, к которым подключеныкатоды возвратных диодов 12 и 13, анодыкоторых связаны с минусом" источникапостоянного тока, К вторичной обмотке14 трансформатора подключена нагрузка.Управление преобразователем осуществляется методом ШИМ, При этом на управляющие электроды тиристоров 4 и 6966 подаются управляющие импульсы, длительность которых промодулирована по синус оидвльному закону.Пусть в начальный момент временивключен тиристор 4 и ток нагрузки проте зкает по цепи: "плюс" источника постоянного тока - полуобмотки 9 и 10 трансформатора - конденсатор 11 - обмотка 1высокочастотного трансФорматора - возвратный диод 3 - тиристор 4 - дроссель 108 - минус" источника постоянного тока.Знаки ЭДС обмоток и полярности конденсатора показанв на чертеже без скобок.Напряжение на коммутирующем конденсаторе 7 имеет практически прямоугольную, форму и составляет 20 д, где 03 - .напряжение источника питания. Напряжение на конденсаторе 11 возрастает на величину, пропорциональную току нагрузкии времени работы тиристора 4. Так как 20постоянная времени заряда конденсатора1 1 велика, увеличение напряжения происходит почти линейно,При включении тиристора 6 в следую-щий момент времени тиристор 4. выключа ется под действием обратного напряжения:. коммутирующего конденсатора 7. Происходит перезаряд конденсатора 7 до напряжения -2 Од (полярность .указана на чертеже в скобках). Ток нагрузки протекает. Мпо цели: "плюс" источника постоянноготока - полуобмотки 10 и 9 дополнительного. трансформатора - конденсатор 11 полуобмотка 2 основного трансформатораотсекающий диод 5 - тиристбр 6 - дрос-сель 8 - "минус" источника постоянноготока, Знаки ЭДС полуобмоток и полярностьконденсатора для этого интервала временипоказана на чертеже в скобках, При.этомпроисходит разряд конденсатора 11 с той 4же постоянной времени. Напряжение наконденсаторе 11 уменьшается практическилинейно, не изменяя полярности, так квквремя работы тиристора 6 мейьше.чем время работы тиристора 4,45Таким образом, до тех пор, пока время.работы тиристора 6 превышает время работы тиристорв 4, напряжение на конденсаторе 11 (следоввтельно, и на нагрузке)увеличивается, Затем при изменении соотношения между интервалами проводимости 831 4тиристоров 4 и 6 напряжение на конденсаторе 11 уменьшается. Таким образом, происходит формирование сначала положительной, а затем отрицательной полуволн выходного напряжения.Предлагаемый преобразователь по срав нению с базовым позволяет обеспечить .регулирование выходного напряжения в диапазоне частот 0,5-100 Гц. Кроме того, преобразователь имеет массу и габариты на 15-20% меньше, чем у базового объекта. ф ормула изобретения Инвертор, содержащий выходной трансформатор с двумя симметричными согласно включенными полуобмотками, одни кон.цы которых соединены с положительнымвходным выводом, а другие через отсе-,кающие диоды подключены к анодам силовых тиристоров, соединенным между собой через коммутирующий конденсатор, причем катоды указанных тиристоров черезкоммутируюцбй дроссель соединены с отрицательным входным выводом, а такжевозвратные диоды и выходной фильтр,отличающийся,тем, что,сцелью обеспечения работы в широком диапазоне выходных частот и улучшения массогабаритных показателей, выходнойфильтр выполнен в виде высокочастотноготрансформатора с двумя симметричнымиобмотками, подключенными одними разноименными концами к анодам отсекаюшихдиодов, а другими концами - к полуобмоткам выходного трансформатора, шунтированным конденсатором фильтра.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Бедфорд Б и др, Теория автономных инверторов, М., Энергия", 1969,с. 118.2. Авчорское свидетецатво СССР612365, кл. Н 02 М 7/515 1978,3. Разработка и исследование преобразователя для питания сигнализаторовзащиты газотурбинных агрегатов. ОтчетМ 76021614, Харьковский политехнический институт, 1977,Заказ 7896/73Тираж 72 ВЙИИПИ Государственного по делам изобретений и 113035, Москва, Ж, Р