Последовательный инвертор

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1 4 " 02 Г 1 7/523 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ аучно-исследовательии и техвысокой грукт ут то ологдина В.ВНад 088,8) детельст Г 1 7/523 тельство Г 1 7/523 о во СССР 1970. СССР 1980. б 4) послкдо (57) Изобрет тельно пользовано в ния установо Цель изобрет тических пок потерь энери ограничен СО Об ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свМ 508881, кл, Н 0Авторское свидМ 964920, кл. Н 0 АТЕ 31 ЬНЫИ ИНВЕРТОРние относится к преобраехнике и может быть иссистемах электропитаиндукционного нагрева. ия - повышение энергеателей путем снижения в демпфирующих цепях перенапряжений на вен 801529382 2 тилях. Устр-во содержит мост на тиристорах 1-4, Через разделительный конденсатор 12 и дроссель 13 к выходу устр-ва подключена нагрузка 14, Демпфирующие цепи состоят из зарядных диодов 15-18 и конденсаторов 19-22, 11 ервичные обмотки 23-26 разрядных трансформаторов включены соответственно параллельно зарядным диодам 17, 16 и 15, 18, расположенным в диагональных плечах моста, Вторичные обмотки 27, 28 через развязывающие диоды 29, 30 подсоединены к точке соединения вспомогательных демпфирующих конденсаторов 31, 32. Другие выводы конденсаторов через преобразователь постоян- а ного напряжения 33 соединены с входными выводами иннертора. Энергетические показатели инвертора улучшаются за счет исключения демпфирующих резис- С торов и использования регуляции энергии из демпфирующих конденсаторов в источник питания. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.СлИзобретение относится к преобразоватсльной технике и может быть использовано в системах электропитания установок индукционного нагрева металлов, ультразвуковой технологии, в источниках питания лазерных технологических установок и т.д.Цель изобретения - повышение энергетических показателей путем снижения 10 потерь энергии в демпфирующих цепях и ограничения перенапряжений на вентилях.На фиг.1 приведена схема последовательного инвертора, на фиг.2 - вариант 5 выполнения преобразователя постоянного напряжения инвертора. Последовательный инвертор содержитодцофазцый мост с тиристорами 1-4 и 20обратными диодами 5-8, коммутирующийконденсатор 9, коммутирующий дроссель 10, К источнику питания, напримервыпрямителю, однофазный мост подключен через входной дроссель 11. Через 25разделительный конденсатор 12 идроссель 13 к.выходу инвертора подключается нагрузка 14, В устройствовходят также демпфирующие цепи, состоящие из зарядных диодов 15-18,демпфирующих конденсаторов 19-22, разрядных трансформаторов, первичные обмотки 23, 24 и 25 и 26 которых подключены соответственно параллельнозарядным диодам 17, 16 и 15, 18, расположенным в диагональных плечах моста, а вторичные обмотки 27, 28 черезразвязывающие диоды 29 и 30 подсоединены к точке соединения вспомогателЬных демпфирующих конденсаторов 31 и4032. Два других вывода конденсаторов31 и 32, образующих положительный иотрицательный входные выводы преобразователя 33 постоянного напряжения,подключены соответственно к положительному через диод 34 и отрицательному выводам моста, Точки соединениязарядных диодов 15 и 17 с демпфирующи.ми конденсаторами 19 и 21 через диоды 35 и 36 сброса связаны с отрицательным входным выводом, а точки соединения диодов 16 и 18 с конденсаторами 20 и 22 через диоды 37 и 38 сброса - с положительным входным выводомпреобразовательной ячейки постоянногонапряжения. Выходные выводы преобразовательной ячейки связаны с одноименными выводами фильтрового конденсатора 39,Преобразовательная ячейка содержитдроссель 40, подключеццый через диод1 к коммутирующему контуру, образованному конденсатором 42 и дросселем43, причем последовательно с дросселем43 включен тиристор 44.Блок 45 управления тиристором 44содержит преобразователь 46 напряженияв частоту и формирователь 47, связанный с управляющим электродом тиристора 44, Вход блока 45 управления подсоединен к выходу датчика 48 напряжения на диоде 34.На фиг.2 представлен вариант схемыпреобразовательной ячейки, содержащейдополнительные диод 49, шунтирующийконденсатор 42, и диод 50, включенныйвстречно-параллельно тиристору 44.Последовательный инвертор работаетследующим образом.Импульсы управления (фиг.1) поступают одновременно на тиристоры 1 и 4,Тиристоры включаются и по цепи коммутирующий дроссель 10 - конденсатор 9нагрузка 14 - разделительный конденсатор 12 - коммутирующий дроссель 13проходит полуволна тока. Параметрыэтой цепи подбираются таким образомчтобы процессы в ней носили колебательный характер. Как только ток всиловой цепи меняет направление, включаются диоды 5 и 8, а тиристоры 1и 4 выключаются, в цепи нагрузки токпроходит в противоположном награвлении.По окончании описанного колебательного процесса диоды 5 и 8 выключаются. При подаче импульсов управления на тиристоры 2 и 3 процессы в инверторе аналогичць,Одновременно с указанными процессами определенным образом работают идемпфирующие цепочки. В момент выключения силовых диодов 5 и 8 (6 и 7)конденсаторы демпфирующих цепей заряжаются через соответствующие диоды15 и 18 (16 и 17), ограничивая скорость нарастания напряжения на тиристорах инвертора.Величина коммутационного всплесканапряжения на тиристорах при этом врассматриваемой схеме ограничиваетсяна уровне, равном значению напряженияна последовательно соединенных конденсаторах 31 и 32, Так, например,если при выключении силовых диодов 5и 8 напряжение на демпфирующих конденсаторах 19 и 22 превысит уровень напряжения на конденсаторах 31 и 32,;имеющих значительно большую емкость, н то откроются диоды 35 и 38 и парали лельно демпфирующим конденсаторам бу- в дет подключена большая емкость, заря женная до фиксированного напряжения, 5 ч равного, поскольку заряд конденсато- с ров 31 и 32 происходит через диод 34, д амплитудному значению напряжения на з инверторном мосте. Следовательно, максимальное напряжение на демпфирующих т конденсаторах равно амплитуде напряжения на тиристорном мосте т.е, амплитуде напряжения на силовом вентиле,В момент включения силовых тирис т горов 1 и 4 (2 и 3) происходит разряд н конденсаторов 19 и 22 (20 и 21) демп- т фирующей цепочки через первичные об- Р мотки 25 и 26 (23 и 24) разрядныхк трансформаторов, вторичные обмотки ко о торых через диоды 29 (ЗО подключены д параллельно конденсатору 32. Посколь-щ ку емкости конденсаторов 31 и 32и равны, то напряжение на каждом из них д равно 25 в Пз 1 11 зт 0 ф 5 Пг К п1 у 40 50 где Б - максимальное напряжение на вентилях инверторного моста. 30 При этом условие максимальной эффективности рекуперации запишется ввиде: где и - коэффициент трансформации;К - коэффициент связи первичнойи вторичной обмотки разрядных трансформаторов.Эффективность рекуперации в предлагаемом устройстве не зависит от ,параметров режима работы схемы, а определяется только параметрами трансформаторов: коэффициентом связи .обмоток и коэффициентом трансформации, Возврат энергии, поступающей в источник питания инвертора (конденсатор 39), осуществляется преобразовательной ячейкой 33.При работе инвертора на нагрузку с изменяющимися параметрами для обеспечения максимальной эффективности рекуперации энергии демпфирующих цепей напряжение на конденсаторах 31, 32 должно отслеживать изменяющийся уровень амплитуды напряжения на вентилях или, что то же самое, стабилизировать среднее значение. напряжения а диоде Зч, Послед;.е цос;нгается сомощью схемы управления, включающейсебя датчик 48 напряжения на дио е4) преобраэовагс 1 ь 46 напряжения вастоту и Формирователь 47 импульов управления. Напряжение на выходеатчика 48 пропорционально среднемуначению напряжения на диоде 34, коорое управляет частотой преобразоваеля 4 б и, следовательно, частотоймпульсов управления тиристора 4 ч .Если при изменении нагрузки 14мплитуда напряжения иа силовых вентлях снизится, то возрастет средне:апряжение на диоде 34 и, в результае, повысится частота работы преобазовательной ячейки 33. Это приведетболее интенсивной передаче энергиит вспомогательного источника на коненсаторах 31 и 32 в источник пита"я инвертора. Вследствие этого наряжение на конденсаторах 31 и 32 бует снижаться, пока не достигнет ноого уровня амплитуды напряжения навентилях, а среднее напряжение надисде 34 и частота преобразователя 33не вернутся к своим прежним значениям,Аналогичным образом происходит отслеживание при возрастании амплитуды напряжения на вентилях.Преобразователь постоянного напряжения, изображенный на фиг.2, вотличие от преобразователя 33 содержит дополнительные диоды ч 9 и 50.Эти диоды предотвращают перезаряд конденсатора 42 и обеспечивают снижениеамплитуды напряжения на нем и тиристоре 44 практически до уровня напряжения источника, образованного конденсаторами 31 и 32. Включение указанныхдиодов позволяет снизить требования кмаломощному тиристору 44, класс тиристора может быгь таким же, как усиловых вентилей инвертора,Таким оЬразам, по сравнению с известным в предлагаемом устройствеобеспечивается снижение потерь энергии, осоЬенно на высоких частотах вдемпфирующих цепях, за счет исключения резисторов и, кроме того, происходит ограничение величины скачканапряжения на вентилях в момент выключения оЬратного диода за счет подключения к демпфирующим конденсаторамдополнительных демпфирующих конденсаторов. Использование принципа дозированной передачи энергии, реализуемого с помощью частотно-регулируемопреобразовательной ячейки позволяет огслеживать любое изменение амплитуд напряжения на вентилях и тем самЫм обеспечить возврат энергии демпфйрующих цепей в источник питания вне зависимости от параметров режима работы преобразователя.Формула и з о б р е т е н и я1. 11 оследовательный инвертор, сод ржащий однофазный мост на тиристор х, шунтированных обратными диодами, с коммутирующим 1.С-контуром, диагон ью постоянного тока через сглаживающий 1 С-фильтр подсоединенный к в одным выводам и через последовательно соединенные разделительные коненсатор и дроссель - к выходным выодам, демпфирующие цепи, каждая из оторых состоит из последовательно оединенных зарядного диода и демпфиующего конденсатора и подключена пааллельно согласно соответствующему 5 иристору моста, разрядные трансформаоры, первичные обмотки которых вклю- .ены соответственно параллельно упомяутым зарядным диодам, расположеннымдиагональных плечах моста, о т л и Оа ю щ и й с я тем, что, с целью поышения энергетических показателей г утем снижения потерь энергии в.демпирующих цепях и ограничения перенаряжений на вентилях, он дополнитель 35о снабжен преобразовательной ячейой постоянного напряжения с блокомправления, двумя вспомогательнымиемпфирующими конденсаторами, раздеительным диодом, двумя развязывающи О .Ии диодами и четырьмя диодами сброса, при этом вторичные обмотки разрядных трансформаторов через развязывающие Диоды подключены к общей точке соединения вспомогательных демпфирующихконденсаторов, свободные выводы которых подключены к входным выводам преобразовательной ячейки и через разделительный диод, включенный в обратном направлении, " к диагонали постоянного тока моста, выход преобразовательной ячейки подключен к выводам конденсатора сглаживающегоЬС-фильтра, каждый иэ первый двухдиодов сброса подсодинен катодомк положительному входному выводу преобразовательной ячейки а анодомк катоду диода соответствующей демпфирующей цепи тиристоров катоднойгруппы моста, а каждый из другихдвух диодов сброса подключен анодомк отрицательному входному выводупреобразовательной ячейки, катодом -к аноду диода соответствующей демпфирующей цепи тиристоров аноднойгруппы моста, причем преобразовательная ячейка выполнена в виде последовательной цепи из первого дросселя, диода, тиристора и второго дросселя, подсоединенной между одноименными входным и выходным выводамиячейки и конденсатора, подключенногомежду точкой соединения упомянутыхдиода и тиристора и объединеннымипротивоположными входным и выходнымвыводами ячейки,2. Инвертор по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что он снабжен датчиком среднего напряжения на разделительном диоде, подключенным выходом к входу блока управпения.3. Инвертор по п,1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что конденсатор и тиристор преобразователя постоянного напряжения зашунтированы в обратном направлении диодами.1529382 Составитель В, ПоляковТехред Л.Олийнык Корректор С. Черни Редактор М. Бандура Заказ 7756/52 Тираж 648ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 101