Последовательный инвертор

Союз Советских Социалистических Республик(23) Приоритет -Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(71) Заявитель Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. С.М. Кирова(54) ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ ИНВЕРТОР Изобретение относится к преобразовательной технике с применением полупроводниковых вентилей, а именно к тиристорным инверторам, предназначено для необратимого преобразования энер гии постоянного тока на входе в энергию переменного тока высокой частоты на выходе и может найти применение" для питания током высокой частоты, на. пример индукционной нагревательной ус 40 тановки для стали, магнитострикционных преобразователей и других видов нагрузок, у которых сопротивление изменяется в широких пределах.Известно большое разнообразие схем 15 последовательных инверторов, предназначенных питать постоянную или сравнительно малопеременную нагрузку 1).Наиболее близким к предлагаемому является инвертор, содержащий свя ванные со входными выводами через дроссели Аильтра тиристорные мосты и две последовательные цепочки, состоящие, каждая, из двух дросселей и двух конденсаторов, причем точка 25 соединения мостов соединена с первым выходным выводом, общая точка дросселей первой цепочки и общая тОчка конденсаторов второй цепочки соединены между собой и со вторымвыход ным выводом, а точки соединения дросселей с конденсаторами первой цепочки подключены через диоды к соответствующим точкам соединения конденсаторов с дросселями второй цепочки и .Недостатком инвертора является недостаточная надежность вследствие наличия перенапряжения на элементах схемы.Цель изобрстения - повышение надежности.Поставленная цель достигается за счет того, что инвертор, содержащий связанные со входными выводами через дроссели фильтра силовые тиристоры и две последовательные цепочки, состоящие, каждая, из двух дросселей и двух конденсаторов, а также коммутирующий конденсатор, причем силовые тиристоры связаны с первым выходным выводом, общая точка дросселей первой цепочки соединена со вторым выходным выводом, а точки соединения дросселей с конденсаторами первой цепочки сое" дннены через диоды с соответствующими точками соединения дросселей с конденсаторами второй цепочки, снабжен четырьмя дополнительными диодами и двумя коммутирующими дросселями, включенными последовательно10 с каждым силовым тиристорам и связанными с первым выходным выводом через коммутирующий конденсатор, а каждый дроссель первой цепочки выполнен с отпайкой, связанной через один из дополнительных диодов с соответствующей общей точкой последовательных цепочек и дросселя фильтра, причем точки соединения дросселей с конденсаторами второй цепочки связаны через другие дополнительные диоды с одним из выходных выводов.Кроме того, общая точка конденсаторов второй цепочки соединена с первым выходным выводом, а указанные другие дополнительные диоды подключены ко второму выходному выводу. Инвертор может быть снабжен двумя вспомогательными диодами, а каждый дроссель второй цепочки выполнен с отпайками, подключенными через указанные вспомогательные диоды ко второму выходному выводу, соединенному с общей точкой, конденсаторов второй цепочки, причем указанные другие дополнительные диоды подключены к первому выходному выводу. На фиг, 1-4 представлена принципиальная схема предлагаемого инвертора, возможные варианты.Тиристоры 1 и 2 и коммутирую)ие дроссели 3 и 4 образуют последовательную цепь, подключенную к входным выводам "+" и "-" через фильтровые дроссели 5 и 6 (фиг.1). Коммутирующий конденсатор 7 одним выводом присоединен к общей точке дросселей 3 и 4, а другим - к первому выходному выводу инвертора - нагрузке 8. Нагрузка 8 в общем случаепредставляет собой нагрузочный колебательный контур. В двух последовательных 4 О цепочках, состоящих, первая из конденсаторов 9, 10, и дросселей 11, 12 и вторая - из конденсаторов 13, 14 и дроссселей 15, 16, дроссели 11, 12 выполнены с отпайками, соединенными через дополнительные диоды 17, 18 с соответствующими точками соединения .последовательных цепочек с дросселями фильтра. Точка соединения элементов 9 и 12 через диод 19 соедине-. на с элементами 16 и 13, Точка соединения элементов 10 и 11 через диод 20 соединена с элементами 14 и 15. Точки соединения элементов 16,13,и элементов 14,15 соединены через другие дополнительные диоды 21, 22 со вто"Я рым выходным выводом. В установившемся режиме инверторработает следующим образом.Тиристоры 1 и 2 отпираются поо-, бОчередно. При отпирании тиристора 1в контур инвертора протекает импульсвысокочастотного тока по цепи 9-1-3-7-8-12-9. В нагрузке 8 этот импульстока протекает справа налево. При от пирании Очередного тиристора 2 импульс высокочастотного тока протекаетв другом контуре по цепи 10-11-8-7-4-2-10. В нагрузке 8 этот импульс тока протекает слева направо, т.е. вдругую сторону. При очередном отпирании тиристора 1 процесс в инверторе повторяется аналогично вышеописанному, при этом ток в нагрузке снова меняет свое направление. Таким образом при поочередном отпирании тиристоров 1 и 2 через нагрузку 8 протекает переменный высокочастотныйток.При номинальной нагрузке и правильном подборе параметров схемы через диоды 17,18,19,20 ток не протекает. При снижении сопротивления нагрузки напряжение на дросселях 11 и12,возрастает, упомянутые диоды отпираются и напряжение на этих дросселях ограничивается на уровне напряжения фильтровых конденсаторов9,10,13,14, исключая тем самым перенапряжения на всех элементах инвертора, При этом возникают контуры тока по следующим цепям: 12-17-9-12,12-19-13-8-12 11-10-18-11, 11-8-1420-11. Эти токи возвращают избыточную реактивную энергию из коммутирующих дросселей 11 и 12 в фильтровыеконденсаторы 9, 10, 13,14, связанные через дроссели фильтра с источником питания.С помощью диодов 21 и 22 выходное напряжение на нагрузке 8 ограничивается по амплитуде на уровне напряжения на дополнительных фильтровых конденсаторах 13 и 14, что исключает снижение времени для восстановления управляемости тиристоров 1и 2, при увеличении сопротивлениянагрузки вплоть до величин, близкихк бесконечности (что соответствует,например, пустому индуктору нагревательной установки). При этом ток диодов 21 и 22 замыкается по цепям 8-21-13-8, 8-14-22-8,В схеме инвертора (фиг.2) дроссели 15, 16 второй последовательнойцепочки выполнены с отпайками, подключенными через два.вспомогательныхдиода 23, 24 ко второму выходному выводу, а другие дополнительные диоды21, 22 подключены к первому выходному выводу. При отпирании тиристора1 импульс тока протекает по цепи 9и 16-1-3-7-8-13 и 12-9 и 16. При отпирании тиристора 2 ток протекаетпо цепи 11 и 14-8-7-4-2-10 и 15-11и 14, При возрастании напряжений всхеме из-за снижения сопротивлениянагрузки 8, напряжения на коммутирующих дросселях 11, 12, 15, 16 с помощью диодов 17, 19 23, 18, 20, 24ограничивацтся на уровне напряженийна фильтровых конденсаторах 9, 10,13, 14, что исключает опасные перенапряжения в схеме инвертора при сни"женин сопротивления нагрузки до нуля. При значительном увеличении сопротивления нагрузки 8 выходное напряжение на ней с помощью диодов 21 и 22 ограничивается на уровне напряжения на фильтровых конденсаторах 13 и 14, что исключает снижение времени для восстановления управляемости тиристоров инвертора и сохраняет его работоспособность.Таким образом, при наличии в последовательном инверторе предлагаемых цепей для рекуперации избыточной реактивной энергии из контура коммутации (с .коммутирующих дросселей) в источник питания (в фильтровые конденсаторы) и цепей для ограничения выходного напряжения, от инвертора, можно питать резкопеременную нагрузку, сопротивление которой может изменяться от нуля до величин, близких к бесконечности, что соответствует, например, пустому индуктору нагревательной установки.Если в описанных схемах последовательных инверторов применить выходной трансформатор 25, в котором первичная обмотка имеет промежуточный средний вывод, то описанный выше инвертор, без изменения сущности изобретения, имеет на выходе удвоенную частоту, т,е. переходит в разряд инверторов с удвоением выходной частоты (фиг.3, 4).Для дальнейшего увеличения выходной частоты количество инвертирующих ячеек, содержащих тиристоры, может быть увеличено.Формула изобретения1. Последовательный инвертор, содержащий связанные со входными выводами через дроссели фильтра силовые тиристоры и две последовательные цепочки, состоящие, каждая, из двух дросселей и двух конденсаторов, а также коммутирующий конденсатор, причем силовые тиристоры связаны с первым выходным выводом, общая точка дросселей первой цепочки соединенасо вторым выходным выводам, а точкисоединения дросселей с конденсаторами первой цепочки соединены черездиоды с соответствующими точками соединения дросселей с конденсаторамивторой цепочки, от л и ч а ю щ и йс я тем, что,.с целью повыаения надежности, он снабжен четырьмя дополнительными диодами и двумя ксммутирующими дросселями, включенными последовательно с каждьм силовым тиристором и связанными с первым выходнымвыводом через,коммутирукций конденсатор, а каждый дроссель первой цепочки выполнен с отпайкой, связанной 15 через один из дополнительных диодовс соответствующей общей точкой последовательных цепочек и дросселяфильтра, причем точки соединения дросселей с конденсаторами второй цепочщ ки связаны через другие дополнительные диоды с одним иэ выходных выводов. 2. Инвертор по и. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что общая точкаконденсаторов второй цепочки соединена с первым выходным выводом, а ука.занные другие дополнительные диодыподключены ко второму выходному выводу.ЗО 3. Инвертор по п.1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что он снабжендвумя вспомогательными диодами, акаждый дроссель второй цепочки выполнен с отпайками, подключенными через35 указанные вспомогательные диоцы ковторому выходному выводу, соединенному с общей точкой конденсатороввторой цепочки, причем укаэанныедругие дополнительные диоды подклю,щ чены к первому выходному выводу.Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Беркович Е. И, и др. Тиристорные преобразователи высокой частоты. М., "Энергия", 1973, с. 46,рис. 3-1 б.2, Авторское свидетельство СССРР 525213, кл. Н 02 М 7/515, 1974