Последовательный автономный инвертор

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 181278 (21) 2696386/24-07 (51)М. КЛ. с присоединением заявки Нов(23) Приоритет -Н 02 М 7/515 Государственный комитет СССР ио делам изобретений н открытий(71) Заявитель Уральский ордена Трудового Красного Знамениполитехнический институт им.С.М.Кирова 54) ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть ис пользовано, например, для индукционного нагрева металлов.5Известны схемы последовательных инверторов с рекуперацией излишней электромагнитной энергии коммутирующего дросселя в питающую сеть, что позволяет ограничивать напряжение на вентилях и других элементах схем при резком уменьшении сопротивления нагрузки 11 и 2,В первой схеме коммутирующие индуктивности включены между вентильньми мостами и с помощью остаточных 11 диодов соединены с последовательно соединенными нагрузкой и разделительным конденсатором. Во второй схеме коммутирующие дросселн соединены последовательно с одними разделительны ми конденсаторами и с помощью встречного диода подсоединены параллельно другому разделительному конденсатору.Недостатком обеих схем является то, что в них рекуперацня излишней 25 электромагнитной энергии с коммутирующих дросселей осуществляется в конденсаторы, заряженные до питающего. напряжения, что недостаточно ограничивает напряжение на вентилях и дру О гих элементах схемы при резком снижении сопротивления нагрузки, Особенноощутимым становится этот недостатокпри возрастании частоты и мощностипреобразователей,Известна также схема последовательного автономного инвертора, котораясодержит два разделенных фильтровыми дросселями вентильных моста с коммутирующими контурами и два фильтровыхконденсатора, одни обкладки которыхсоединены с точками соединения вентильных мостов и фильтровых дросселей,а вторые обкладки образуют выходныевыводы к которым подсоединена нагрузка. Рекуперация излишней электромагнитной энергии с коммутирующих контуров в схеме осуществляется с помощьювстречных диодов, подключенных параллельно прямык вентилям, что обеспечивает жесткое ограничение напряжения навентилях на уровне не выше двойного поотношению к напряжению источника питания при уменьшении сопротивлениянагрузки вплоть до нуля 3. Недостатком схемы является то, чтовосстановление управляемости вентилейв ней происходит при малом обратномнапряжении равном падению прямого напряжения на встречных диодах, что зат рудняет процесс восстановления, увеличивает его длительность и, следовательно, требует увеличейия времени, предоставляемого на восстановление управляемости йрямых вентилей. Это не позволяет применять схему на высоких частотах, например в ультразвуковом диапазоне.Наиболее близким к предлагаемому является автономный последовательный 1 р инвертор, содержащий два тириаторных моста с коммутирующими, контурами в диагоналях переменного тока, причем выводы постоянного тока мостов связаны со входными выводами через огра-ничительный дроссель и через фильтро- ф вые дроссели с отпайками две последовательные цепочки, включенные, первая- между первым выходным выводом й анодной группой первого моста, а вторая - между одним из выходных вйводов .и Ю катодной группой второго моста, и состоящие каждая,из коммутирующего дросселя с отпайкой и вспомогательного фильтрового конденсатора, к точкам соединения которых подключены одни 25 электроды вспомогательных диодов, соединенных другими своими электродами с отпайками соответствующих Фильтровых дросселей, причем отпайка коммутирующего дросселя первой цепочки связана через встречный диод с анодной группой первого моста, а отпайка коммутирующего дросселя второй цепочки через другой встречный диодс катодной группой второго моста, два, Фильтровых конденсатора, включенных: первый между одним из выходных выводов и анодной группой втооого моста. а второй- между вторым выходным выводом и катодной группой первого моста, причем указанные катодная группа связана с первым, а анодная - с одним из выходных выводов через дополнительные цепочки, состоящие, каждая, из диода и дросселя сброса, а также дополнительный Фильтровой конденсатор 4 включенный между отпайками Фильтровых дросеелей, соединенными каждая, с одним из.выходных выводов через соответствующий дополнительный диод 4.Недостатком известной схемы является невозможность одновременной работы мостов, поскольку токи мостов Ьо нагрузке протекают в противоположном направлении и компенсируют друг друга. В данном же устройстве по ино му образованд выходные выводы, а это зэ позволяет обеспечить синхронную работу тиристорных мостов, и последовательное включение коммутирующих дросселей на интервале, когда происходит рекуперация с этих дросселей излиш- щ ней электромагнитной энергии на дополнительный конденсатор. Это.обстоятельство позвьляет увеличить эффективность сброса и уменьшить напряжения на коммутирующих конденсаторах 5 и вентилях, что как бы эквивалентносбросу излишней энергии с каждой коммутирующей индуктивности на конденсатор, заряженный до половины питающегонапряжения,Цель изобретения - повышение напежности за счет увеличения эффективнооти сброса и уменьшения напряженияна коммутирующих конденсаторах и вентилях.Для достижения поставленной целипоследовательный автономный инвертор снабжен двумя исполнительнымидросселями, включенными последовательйо со встречными диодами, причем вто-,рая последовательная цепочка .подключена ко второму выходному выводу, соединенному через указанную дополнительную цепочку с анодной группойвторого моста, соединенной черезФильтровый конденсатор с первым выходным выводом, связанным через дополнительный диод с отпайкой фильтрового дросселя, подключенного к положительному входному выводу.На фиг.1,2 и 3 изображены разныеварианты схемы предлагаемого инвертора,Схема состоит из двух тиристорМых мостов, собранных на тиристорах1"8, в диагонали которых включеныкоммутирующие контуры, состоящие изкоммутирующих дросселей 9 и 10 и коммутирующих конденсаторов 11 и 1 2,Фильтровых дросселей 13-16 и ограничивающего дросселя 17, через которыетиристорные мосты подключены к входным выводам, подключенные между выводами постоянного тока последовательные цепочки из вспомогательныхфильтровых конденсаторов 18 и 19 коммутирующих дросселей 20-21 и фильтровых конденсаторов 22 и 23, дополнительного конденсатора 24, подключенного к отпайкам фильтровых дросселейнагрузки 25, подключенной к выходным)выводам, и встречных диодов 26 и 27,дополнительных дросселей 28 и 29,вспомогательных диодов 30 и 31, дополнительных диодов 32 и ЗЗ, диодов34 и 55 и дросселей сброса 36 и 37.Схема, изображенная на фиг. 1,работает следующим образом.В первом такте открываются тиристоры 1,4 первого моста и 5,8 - второгомоста, и ток протекает вначале по контурам 11-4-23-25-20-26-28-1-9-11 и12-8-29-27-21-25-22-5-10-12 за счетзапаса избыточной энергии в коммутирующих конденсаторах 11 и 12, а затемкогда запираются диоды 26 и 27 - поконтурам: 18-1-9-11-4-23-25-20-18и 22-5-10-12-8-18-21-25-22. Во второйполовине полупериода тока, когда напряжение на коммутирующих дросселях20 и 21 примет полярность, указаннуюна Фиг.1, и сумма этих напряженийпревзойдет напряжение на дополнительном конденсаторе 24, заряженном донапряжения питания, открываются диоды30 и 31. С этого момента прекращается ток в мостах инвертора, останавливается перезаряд коммутирующих конценсаторов на заданном уровне и протекает ток сброса избыточной реактивной энергии, запасенной в коммутирующих дросселях по контуру: 20-30-2431-21-25-20,Во втором такте работы инвертора,когда открываются тиристоры 2,3 и 6,7 1 рпроцессы повторяются аналогичноописанным. С ростом эквивалентногосопротивления нагрузочного контуравозрастает и напряжение на нем, сдостижением амплитуды которого, равной напряжению на фильтровых конденсаторах 22 и 23; заряженных до половины питающего напряжения, открываются диоды .34 и 35 и протекает ток сбро-са избыточной реактивной энергии, запасенной в нагрузке по контурам: 25- 2034-37-22-25 и 25-23-36-35-25. Приэтом амплитуда напряжения на нагрузочном контуре ограничивается науровне, равномполовине питающегонапряжения и вьме, в зависимости от 25величины индуктивности дросселей Зби 37На Фиг,2 изображена схема инвертора, в которой осуществляется сбросизбыточной энергии, запасенной в нагрузке как в положительном, так и вотрицательном полупериоде выходногонапряжения, что очень важно при работе инвертора на резкопеременную нагрузку с низкой добротностью. Приэтом токи протекают по следующим контурам: 25-32-24-33-25 и 37-34-18-35"25.На фиг,3 изображен упрощенный вариант выполнения схемы. В этом случае сброс избыточной реактивной энергии, запасенной в коммутирующих дросселях и в нагрузочном контуре, осуществляется на фильтровые конденсаторы, заряженные до напряжения равного половине питающего.45Формула изобретенияПоследовательный автономный инвертор, содержащий два тиристорных моста с коммутирующими контурами в диагоналях переменного тока, причем ,выводы постоянного тока мостов связаны со входными выводами через ог-, раничительный дроссель и через фильтровые дроссели с отпайками; две последовательные цепочки, включенные, первая - между первьи, выходньм выводом и анодной группой первого моста, а вторая - между одним из выходных выводов и катодной группой второго моста, и состоящие, каждая,иэ коммутирующего дросселя с отпайкойи вспомогательного Фильтрового .коы. -ценсатора, к точкам соединений которых подключены одни электроды вспомогательных диодов, соединенных другими своими электродами с отпайкамисоответствующих Фильтровых дросселей,причем отпайка коммутирующего дросселя первой цепочки связана черезвстречный диод с анодной группой первого моста, а отпайка коммутирующегодросселя второй цепочки через другойвстречный диод - с катодной группойвторого моста, два фильтровых конденсатора, включенных, первый - междуодним из выходных выводов и аноднойгруппой второго моста, а второймежду вторым выходным выводом и катодной группой первого моста, причемукаэанные катодиая группа связана спервым, а анодная - с одним из выходных выводов, через дополнительныецепочки и состоящие, каждая из диода,и дросселя сброса, а также дополнительный Фильтровой конденсатор, включенный между отпайками фильтровыхдросселей, соединенными, каждая, содним из выходных выводов через соответствующий дополнительный диод,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повьзпения надежности, он снабжен двумя дополнительными дросселями, включенными последовательно совстречными диодами, причем втораяпоследовательная цепочка подключеиако второму выходному выводу, соединенному через указанную дополиительную цепочку с анодной группой второго моста, соединенной через Фильтровой конденсатор с первым выходнымвыводом, связанным через дополнительный диод с отпайкой фильтрового дросселя, подключенного к положительномувходному выводу.Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1, Канцельсон С.М, и др. Многоячейковый тиристорный инвертор мощностью 50 кВт и частотой 10 кРц,Сборник 21 Тиристорнйе прЕобраэователи частоты для индукционного нагреваметалловф, Уфа. Труды УАИ, 1972,.вып,39 с,161 рис,12, Рутин Л,С. и др, Новая схематиристорнога инвертора с рекуперацией .энергии. Межвузовский сборник 6,.Тиристорные преобразователи частоты для индукционного нагрева металяовУфа, 1976) с.9, рис,.13, Авторское свидетельство СССРВ 486439, кл, Н 02 М. 7/537 19714Авторское свидетельство СССРпо заявке В 2699355/07,кл, Н 02 М 7/515 1978797028 Составитель И.ЖеребинаТехредЖ.Кастелевич ,Корректор Г. Решетник Редактор М,Келемеш Закаэ 9798/76 Тираж 739 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам иэобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д,4/5 Филиал ППП Патент, Г.ужгород, ул.Проектная,4