Резонансный высоковольтный инвертор

(51)4 Н 02 М 7 523 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(46) 15.09.88. Бюл. Ф 34 (71) Уфимский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе(56) Авторское свидетельство СССР Ф 660173, кл. Н 02 М 7/523, 1977.Авторское свидетельство СССР У 1182614, кл. Н 02 М 7/515, 1984.Авторское свидетельство СССР В 678617, кл. Н 02 М 7/523, 1977. (54) РЕЗОНАНСНЫЙ ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ИНВЕРТОР(57) Изобретение относится к преобразовательной технике и моает найти ,применение в тиристорных преобразова телях для индукционного нагрева. Цельизобретения - повышение КПД, упрощение конструкции и расширение функциональных воэможностей. Инвертор состоит из Н-тиристорных мостов 1-3 с обратными диодами. Мосты подключены кисточнику питания через дроссели 4-9Между мостами включено К коммутирующих контуров, состоящих из дросселей10-12 и конденсаторов 13-15, Ток заряда каждого конденсатора 13"15 протекает через тиристор анодной группыпоследующего моста и тиристор катодной группы предыдущего. Амплитудавыходного тока близка к величиневходного тока, при этом напряжениена нагрузке в М раэ больше напряаенияисточника питания. 4 кп.Изобретение относится к преобразонательной технике и может быть использовано в преобразователях частоты, предназначенных для питания электротехнологических установок,5Цель изобретения - повышение КПД,упрощение конструкции и расширениефункциональных возможностей.На фиг.1 приведена принципиальнаяэлектрическая схема инвертора; нафиг.2 и 3 - схемы различных вариантоввключения коммутирующих дросселей;на фиг.4 - временные диаграммы токови напряжений в схеме на фиг,1.Резонансный высоковольтный инвертор (фиг.1) содержит тиристорныемосты 1-3 с обратными диодами, черезфильтрующие дроссели 4-9 подключенныевыводами постоянного тока к выводамисточника питания, коммутирующиедроссели 10-12 и коммутирующие конденсаторы 13-15, причем последнийкоммутирующий конденсатор 15 подключен между первым выводом переменноготока первого моста 1 и вторым выводомпеременного тока последнего моста 3,остальные конденсаторы 13 и 14 подключены между вторыми выводами переменного тока предыдущих и первыми вы 30водами переменного тока последующихмостов, В частности, конденсатор 13связан с вторым выводом моста 1 ипервым выводом моста 2, конденсатор13 - с вторым выводом моста 2 и первым выводом моста 3. Выводы для 35подключения нагрузки включены в цепьконденсатора 15. Каждый мост состоитиз тирис.торов 16-19 и диодов 20-23.Инвертор работает следующим образом.40Импульсы управления подаются одновременно на тиристоры 16 и 17 первыхдиагоналей всех мостов, затем - натиристоры 18 и 19 вторых диагоналейвсех мостов и так далее через равные 45интервалы времени импульсы поочередно поступают на тиристоры соответствующих диагоналей всех мостов.После подачи первого импульса натиристоры 16 и 17 все конденсаторы 50заряжаются от источника питания черездроссели и тиристоры 16 и 17 различных мостов напряжением полярности,указанной на фиг.1. При этом ток заряда каждого конденсатора протекает 55через тиристор анодной группы последующего моста и тиристор катоднойГруппы предыдущего. В частности,ток заряда конденсатора 13 течет поцепи дросселя 6, тигистор 16 моста2 - дроссель 10 - тиристор 17 моста1, дроссель 5, Ток, заряжающий кон" денсатор 15, проходит по цепи дроссель 4 - тиристор 16 моста в нагрузка - дроссель 12 - тиристор 17 моста 3.При подаче второго импульса управления на тиристоры 18 и 19 всех мос"тов образуется подключенная к нагруэке замкнутая последовательная цепь, состоящая из диагоналей переменного тока всех мостов коммутирующих РРосселей и конденсаторов. В результате колебательного перезаряда предварительно заряженных конденсаторов формируется вторая полуволна тока в нагрузке. После плавного нарастанияпостоянной составляющей токов, фильтрующих дросселей 4-9 в течение нескольких периодов наступает кваэиустановившийся режим, диаграммы которогопоказаны на фиг.4,Рассмотрим один цикл работы инвертора.В кваэиустановившемся режиме благодаря большой величине индуктивнос-, ти фильтрующих дросселей 4-9 ток в них близок к постоянному (пульсации малы), В момент Га, когда ток проводят тиристоры 16 и 17 конденсаторы заряжены напряжением с полярностью,указанной на фиг. 1, включаются тиристоры 18 и 19 всех мостов и последовательно включенные конденсаторы 13, /14, 15 через нагрузку, коммутирующие дроссели 10, 11, 12 и диагонали переменного тока мостов и последовательновключенные конденсаторы 13, 14 и 15 через нагрузку, коммутирующие дроссели 10-12 диагонали переменного тока мостов перезаряжаются по колебательному закону, Эквивалентное напряжение конденсаторов, действующее в контуре перезаряда, равно сумме напряжений конденсаторов, амплитуда тока переэаряда пропорциональна полному сопротивлению контура перезаряда.На интервале С -е 1 во всех мостах ток проводят все четыре плеча, причем ток нагрузки разветвляется по двум параллельным цепям: тиристор 16 - тиристор 18 и тиристор 19 тиристор 17.В момент , тиристоры 16 и 17 всех мостов выключаются и ток перепирования мощности.Использование устройства позволяет повысить КПД мощных индукционных нагревательных установок на 3-47 Исключение иэ схемы инвертора М фильтрующих конденсаторов большой емкости, рассчитанных на полный ток нагрузки, упрощает конструкцию и улучшает массо-габаритные характеристики преобразователяУлучшенная форма выходного тока и более высокое выходное напряжение при неизменном количестве мостов в схеме расширяет функциональные возможности схемы,Возможность включения коммутирующих дросселей в цепь нагрузки позволяет упростить их конструкцию, выполнив ее в виде единой катушки, Кроме того, при питании нагрузок, удаленных на расстояние до нескольких сот метров, индуктивностью коммутирующего дросселя может служить индуктивность самой линии.Ф о р и у л а и з о б р е г е н и яРезонансный высоковольтный инвертор, содержащий И тиристорных мостовс обратными диодами, через фильтрующие дроссели подключенных выводами постоянного тока к входным выводам, Н коммутирующих последовательных ЬС- цепочек, соединенных с выводами переменного тока мостов а также цепь нагрузки, о т л и ч а ю щ и й с я 45 3 142410ходит в диоды 22 и 23 (проводят цепидиод 20 - тиристор 18 и тиристор 19 -диод 21) . Интервал с -ев течениекоторого проводят диоды 20 и 21 всехмостов, является временем, предостав 5ляемым на восстановление тиристоров16 и 17.В момент г. диоды 20 и 21 выключаются, тиристоры 16 и 17 первойдиагонали всех мостов оказываютсявыключенными и перезаряд конденсаторов через диагонали переменного токамостов прекращается, На интервалеС-йз конденсаторы 13-15 эарядаютсятоками фильтрующих дросселей черезвключенные тиристоры 18 и 19 мостов.Например, конденсатор 15 заряжаетсяпо контуру дроссель 18 - тиристор18 третьего моста - нагрузка - тирис 20тор 19 первого моста - дроссель 5.На интервале Т-Сз конденсаторы зарякаются до напряжения полярности, обратной показанной на схеме фиг.1,восполняя энергию, рассеянную в нагрузке и элементах схемы на интервале г.о-т,В момент г. включаются тиристоры16 и 17 и начинается обратный перезаряд конденсаторов через нагрузку, комкоммутирующие дроссели и диагоналипеременного тока мостов сигнала попараллельным цепям тиристор 18 - тиристор 16 и тиристор 17 и тиристор 191(интервал С -С) затем по цепям диод 20 - тиристор 16 и тиристор 17диод 23 (интервал -Т ), При этомформируется обратная полуволна токанагрузки.В моментдиоды 22 и 23 выключаются и в течение интервалапроисходит доэаряд конденсатором через соответствующие фильтрующие дроссели и тиристоры 16 и 17 всех мостов.Таким образом в момент Т когдавновь включаются тиристоры 18 и 19заканчивается формирование полногопериода выходного тока инвертора,Как видно на временных диаграммахфиг.4 .амплитуда выходного тока инвертора близка к величине входноготока, при этом напряжение на нагрузке в М раз больше напряжения источника питания, т.е. в 2 раза превышает выходное напряжение известногсустройства. Благодаря этому при тойже выходной мощности вдвое меньшевыходной ток, что ведет к уменьшениюпотерь мощности в элементах инверто 74ра и линии, связывающей его с нагрузкой. Следует отметить, что на интервалеи-1 возможно неравномерное деление тока в плечах мостов из-за разброса прямых вольтамперных характеристик вентилей.Включение коммутирующих дросселей в плечи мостов исключает зто явление. В других вариантах схемы принудительное выравнивание токов достигается включением в противолежащие плечи мостов индуктивных делителей тока с магнитной связью.Инвертор имеет симметричную относительно нуля форму выходного тока, поэтому в его спектре отсутствуют вторая и другие четные гармоники.При работе на резонансную нагрузку например индукционный нагреватель с компенсирующими конденсаторами, это позволяет в 1,3 раза расширить диапазон регулирования частоты в сторону снижения от резонансной, что дает воэможность расширить диапазон регу 5 142 тем, что, с целью повышения КПД, упрощения конструкции и расширения функциональных возмоаностей, М-я коммутирующая ЬС-цепочка включена последовательно с цепью нагрузки мезду первым выводом переменного тока пер 4107вого моста и вторым выводом переменного тока Я-го моста, остальные ЬС- цепочки подключены меаду вторыми выводами переменного тока предыдущих и первыми выводами переменного тока последующих мостов.1,7 рфс/ /АР. Ю 1 иааруз едактор Л.Повхан Наказ 4695/56 по д13035, М Прои вен Де улроЖРнсю 1 Р, ОСоставитель В.ПоляковТехред Л,Сердюкова Корректор С.Черн раж 665 Подпи осударств ного комитета СССР ам иэобретений и открытий ква, Ж, Гаушская наб., д. ческое предприятие, г, Ужгород, ул. П