Последовательный инвертор

ОП ИСАНИЕИЗЬБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспубликаа делам изобретения и аткрытий(54) ПОСЛЕИОВАТЕЛЪНЬЙ ИНВЕРТОР 1Изобретение относится к вентильной преобразовательной технике и может быть использовано при разработке генераторов для питания ультразвуковых электротехнологических установок.При разработке генераторов повышен ной и высокой частоты все большее применение находят схемы последовательных инверторов, в которых ограниченные напряжения на элементах контура коммутации при снижении сопротивления нагрузки осуществляется путем отсечки второй полуволны напряжения на коммутирующей индуктивности. Известна схема автономного инверто 15 ра, в ко.орой отсечка напряжения на коммутирующей индуктивности осуществляется путем выполнения последовательно соединенных конденсатора фильтра и вынесен-ной за пределы вентильного моста коммутирующей индуктивности в виде двух ;параллельных цепей с противоположным порядком следования указанных элементов,2причем между общими узлами указанных элементов включается диод 11.Такое включение хотя и приводит к ограничению перенапряжений при малых значениях сопротивлений нагрузки, вместе с тем дает затяжку токов в контуре стабилизации, что в свою очередь вызывает нежелательное повышение скорости нарастания тока тиристоров в момент включения,Известна схема инвертора, в которой с целью снижения коммутационных перенапряжений и повышения предельной частоты выходного напряжения коммутирующая индуктивность и нагрузка включены последовательно в рассечку.фильтрового конденсатора и введены дополтштельные фильтровые конденсаторы и вентили, обеспечивающие рекупирацию излишков энергии, запасенной в контуре коммутации, обратно в фильтр путем отсечки второй полуволны напряжения на коммутирующей индуктивности и нагрузке 23, 3 1003Односторонняя подпитка нагрузки токами контура коммутации приводит к значительной несинусоидальности входногонапряжения, что в свою очередь увеличивает потери в нагрузке за с"1 ет высшихгармоник.Наиболее близким к предлагаемомуявляется последовательный мостовойинвертор, содержащий четыре., плеча, каждое иэ которых состоит из последователь но соединенных коммутирующего дросселя и управляемого вентиля, два последовательно соединенных коммутирующихконденсатора, крайние выводы которыхподключены между общими выводами управляемых вентилей в диагонали переменного тока моста, и нагрузку, подключенную средним выводом к общему узлукоммутирующих конденсаторов 3 1Однако малое обратное напряжение, приложенное к управляемому вентилю, приводит к значительному увеличению временинеобходимого для восстановления управляемости вентилей,Е 1 ель изобретения - повышение надежности путем улучшения условий коммутацгги управляемых вентилей.Для достижения поставленной пелипоследовательный инвертор, содержащийсвязанный с входными выводами через ЗОфильтровые дроссели мост, каждое плечо,которого состоит из последовательно соединенных коммутирующего дросселя иуправляемого вентили, а и диагональ пере;юенного тока включены двв последовательно соединенных коммутирующих конденсатора, общая точка которых связана со средней точкой цепи нагрузки, соединенной с общей точкой двух конденсаторовфильтра, а также четьре конденсатораи четыре вентиля, снабжен выходнымтрансформатором с шестью первичнымиобмотками, соединенными паперно согласно-последовательно, четырьмя последовательными цепочками иэ ограничиваю 45щего вентиля и насышвющегося дросселя, четырьмя дополнительными коммутирукнцими дросселями, каждый из которыхсоединен последовательно с одним изуказанных конденсаторов в цепочку,включенную между соответствующими56точкой соединения управляемого вентиляс коммутирующим дросселем и концомпервой пары первичных обмоток выходного трансформатора, средняя точка которого соединена с обшей точкой коммутирующих конденсаторов непосредственно, а через конденсаторы фильтра - сосредними точками второй и третьей обмо273 4ток, включенных вторая между коммутирующими дросслеями анодной, а третья между коммутирующими дросселями катоцной групп вентилей моста и соединенныхсредними точками через фильтровые дроссели с соответствующими входными выводами, причем средняя точка второйпары соединена с катодами двух вентилей, а средняя точка третьей пары - санодами двух других вентилей, свободные электроды которых соединены с общими точками дополнительных коммутирующих дросселей и конденсаторов, в последовательные цепочки из ограничивающего вентиля и насьпцающего дросселя,включены между отпайквмн обмоток первой пары и отпвйками противофаэных обмоток второй и третьей пар.На чертеже изображена схема устройства,Инвертор содержит управляемые вентили 1-4, конденсаторы 5-8, фильтровыеконденсаторы 9 и 10, коммутирующие конденсаторы 11 и 12, фильтровые дросселя13 и 14, коммутирующие дроссели 15 -18, дополнительные коммутирующие дроссели 19 и 22, нвсьпцаюшиеся дроссели23-26, вентили 27-30, ограниченныевентили 21-34, первичные обмотки выходного трансформатора 35-46, вторичную обмотку выходного трансформатора47 и нагрузку 48,Управляемые вентили 1-4 с включенными последовательно с ними коммутирующими дросселями 15, 18, 16, и 17 исекциями первичных обмоток 35, 37, 38,40, 41, 43, 44 и 46 соединены в мост,причем общие выводы пар секции обмотток 41, 44 и 43, 46 через фильтровыедроссели 13 и 14 подключены к выводамисточника питания, а между общими выводами пар последовательно соединенныхуправляемых вентилей 1, 2 и 3, 4 включены соединенные последовательно коммутирующие конденсаторы 11 и 12, к общей точке которых подключены общимивыводами фильтровые конденсаторы 9 и10, причем вторые выводы этих конденсагоров подключены к средним выводам паробмоток 41, 44 и 43, 46 выходноготрансформатора и обмотки 42 и 45 свключенными последовательно с ними обмотками 36 и 39 выходного трансформатора, причем вторые выводы каждой изпоследних секций через пары цепочек,содержащих дроссели 19 22, и соединенные последовательно с квжпой из нихконденсаторы 5-8 подключены к крайнимвыводам последовательно соепиилных5 1003вентилей 1, 2 и 3, 4, Вентили 27 30подключены попарно первыми выводаминавстречу напряжения питания к крайнимвыводам последовательно соединенныхфильтровых конденсаторов 9 и 10, причем вторые выводы этих вентилей подключены к обшей точке конденсаторов 58 и коммутирующих дросселей 19, 22,20 и 21, подключенных к тем же плечам моста, что и конденсаторы 9 и 10, 10Ограничивающие вентили 31-34 подключены попарно навстречу напряжению питания через насьпцающиеся дроссели 2326 к общим выводам первичных обмотоквыходного трансформатора 36, 42 и 45 539 и общим выводам противофазных импар обмоток 35, 41 37, 43, 44, 38 и46, 40 выходного трансформатора. Параллельно вторичной обмотке 47 выходного трансформатора подключена нагруэ - 20ка 48,Все обмотки выходного трансформатора выполнены на одном сердечнике и имеют одинаковое направление включения, чтообеспечивает встречное протекание импульсов тока через нагрузку при поочередной подаче импульсов управления навентили 1, 2 и 3, 4.Инвертор работает следующим образом. 30От входного источника через фильтровые дроссели 13 и 14 заряжаются фильтровые конденсаторы 5-10 до половинынапряжения питания. При отпирании управляемого вентиля 1 импульс тока про 35текает по цепям: вентиль 1 - конденсатор 11 - параллельно по обмотке 4236 - дросселю 19 - конденсатору 5 иконденсатору 9 и обмотке 41-35 - дросселю 15 - вентилю 1 и одновременнов выходном контура 47-48-47. Если суммарное напряжение на элементах 42, 24и 44 выше напряжения на конденсаторе 9,а суммарное напряжение на элементах43, 24 и 45 выше напряжения на конденсаторе 10, то ограничивающие вентили,32 и 33 открываются и ток ограничения напряжения на нагрузке идет по контурам: обмотка 42 - дроссель 25 -вентиль 33 - обмотка 44 конденсатор509 - обмотка 43 - вентиль 32 - дроссель 24 - обмотка 45 - конденсатор10 и обмотка 43,После смены полярности напряженияна дросселях 15 и 16, если напряжениена элементах 42, 36 и 19 выше напряжения на конденсаторе 9, суммарноенапряжение на элементах 15, 35 и 41выше напряжения на конденсаторе 5, то 273 4открывается вентиль 27 и ток отсечкинапряжения на коммутирующем дросселеидет по контурам: обмотка .42-36 -дроссель 19 и вентиль 27 - конденсатор 9 - обмотка 42 и обмотка 41 и35 дроссель 15 - конденсатор 5 ивентиль 27 - обмотка 41. При этом токв контуре коммутации быстро прекращается, благодаря чему обеспечивается ограничение перенапряжений на элементахинвертора. Если в описанном интервалевремени ток в контуре ограничения напряжения на нагрузке падает до нуля, товентили 32 и 33 закрываются. Следующим тактовым импульсом отпирается вентиль 3 и ток контура коммутации протекает по цепям: вентиль 3 - конденсатор12 - параллельно по обмотке 45 и 39дросселю 20 - конденсатору 7 и конденсатору 9 и обмотке 44 и 38 - дросселю16 и основа вентиль 3, и одновременнов нагрузочном контуре 47-48-47 навст-речу импульсу тока предыдущего такта,Если суммарное напряжение на элементах45, 23 и 41 выше напряжения на конденсаторе 9, а суммарное напряжение наэлементах 46, 26 и 42 выше напряженияна конденсаторе 10, то ограничивающиевентили 31 и 34 открываются и токограничения напряжения на нагрузке идетпо контурам; обмотка 45 - дроссель23 - вентиль 31 - обмотка 41 - конденсатор 9 - обмотка 45 и обмотка 46 вентиль 34 дроссель 26 - обмотка42 - конденсатор 10 обмотка 46, После спадания этого тока до нуля вентиля31 - 34 закрываются, Если после смены полярности напряжения на дросселях16 и 20 суммарное напряжение на элементах 44, 38 и 16 выше напряжения наконденсаторе 7, а суммарное напряжениена элементах 45, 39 и 20 выше напряжения на конденсаторе 9, то вентиль 29 открывается и ток отсечки напряжения накоммутирующем дросселе идет по контурам: дроссель 20 - вентиль 29 -конденсатор 9 - обмотка 45 и 39 - дроссель20 и дроссель 16 - конденсатор 7 - вентиль 29 - обмотка 44 и 39 - дроссель16, При этом ток в контуре коммутациибыстро прекращается, Далее импульсыуправления подаются сначала на вентиль2, а затем на вентиль 4, При этом процессы в инверторе протекают аналогично. Затем импульс управления подаетсяснова на вентиль 1, и процессы в схеме повторяются,Таким образом, при работе на переменную нагрузку в предлагаемой схеме обес273 7 1003 печивается снижение коммутационных перенапряжений, улучшается форма выходного напряжения. 3формула изобретения Последовательный инвертор, содержащий связанный с входными выводами через фильтровые дроссели мост, каждое О плечо которого состоит из последователь но соединенных коммутирующего дросселя и управляемого вентиля, а в диагональ переменного тока включены два последовательно соединенных коммутирующих кон ,денсатора, общая точка которых связана со средней точкой цепи негрузки, соединенной с общей точкой двух конденсаторов, фильтра, а также четыре конденсатора и четыре вентиля, о т л и ч а ю щ и й - 2 О с я тем, что, с целью повышения его надежности путеи улучшения условий коммутации управляемых вентилей, снабжен выходным трансформатором с шестью первичными обмотками, соединенными нодар-ф но согласно-последовательно, четырьмя последовате.ъными цепочками из .ограничивающего вентиля и насыщающегося дросселя, четырьмя допопнительными коммутирующими дросселями, каждый из которых Зо соединен последовательно с одним из указанных конденсаторов в цепочку, включенную междусоответствующими точкой соединения управляемого вентиля с коммутирующим дросселем и концом первой парыпервичных обмоток выходного трансформатора, средняя точка которой соединена собщей точкой коммутирующих конденсаторов непосредственно а через конденсаторы фильтра - со средними точками второйи третьей обмоток, включенных втораямежду коммутируюшнми дросселями анодной, а третья между коммутирующими дросселями катодной групп вентилей моста исоединенных средними точками через фильтровые дросселя с соответствующими входными выводами причем средняя точка второйЮпары соединена с катодами двух вентилей,а средняя точка третьей пары - с анодами двух других вентилей, свободныеэлектроды которых соединены с общимиточками дополни тельных коммутирующихдросселей и конденсаторов, а последовательные цепочки из ограничивающего вентиля и насьпцающегося дросселя включены между отпайками обмоток первой пары и отпайками противсфазных обмотоквторой и третьей пар.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство525214, кл, Н 02 М 7/537 1974,2. Авторское свидетельство СССР610266, кл, Н 02 М 7/515, 1976,3, Авторское свидетельство СССР484611, кл, Н 02 М 7/515 р 1972,плиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,Тираж 685 ИИГ 1 И Госуд арс гвенного по делам изобретений 3035, Москва, Ж, Подписноекомитета СССРи открытийаушская наб.,д, 4/