Высоковольтный регулируемый инвертор

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51)М. Кд. с присоединением заявки ле(23)П ио итетН 02 Н 7/515 еесударетееииыб кевитет СССР ае девам язебретеияй я втерытий,572(088.8) Дата опубликования описания 15 .06. 82 Е. И. Снятков, В. И. Глазков, А, Г, Голубятнннев; - Н. И. Петриди и Л. Я. финкельштейн(72) Авторы изобретения ог.к и 1 Уфимский авиационный институт им. Орджоникидзе .,(71) Заявитель(54) ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ РЕГУЛИРУЕМЫЙ ИНВЕРТОР Изобретение относится к преобразовательной технике и может найти применение в качестве источника питания высоковольтных потребителей с широким диапазоном изменения частоты и5 мощности потребляемого тока, например для питания индукционных электрометрических установокповышенной частоты.Известен высоковольтный последовательный инвертор, содержащий несколько тиристорных мостов с коммутирующим контуром в диагонали переменного тока, каждый из которых связан с последующим мостом по цепи переменного тока через диоды, по цепи постоянного тока через входные дроссели, а нагрузка включена последовательно с разделительным конденсатором в цепь переменного тока между анод" ной вершиной первого моста й катодной вершиной последнего моста. По" следовательное соединение инвертирующих мостов по переменному току поз 2воляет повысить выходное напряжение в число раз равное числу мостов по сравнению с выходным напряжением одного инвертирующего моста без повышения напряжения на элементах инвертора. Регулирование, выходного напряжения и мощности в известном инверторе может осуществляться за счет изменения входного. напряжения или час": таты инвертирования при работе на нагруаонный колеоатеоьный контур иОднако, диапазон регулирования при этом ограничен.Известны автономные инверторы, содержащие инвертирующие мосты с коммутирующими конденсаторами в диагоналях переменного тока, подключенные параллельно с цепочкой из последовательно соединенных разделительного конденсатора, кбммутирующего дросселя и нагрузки к зажимам .ис-, точника постоянного тока через вход" ные дроссели, а также диодно-дроссельные цепочки, образующие с ком 3 93630 мутирующими конденсаторами дополнительные разрядные контуры, не содержащие нагрузку. Предварительный разряд коммутирующих конденсаторов через диодно-дроссельные цепочки позволяют регулировать выходное напряжение и мощность в широких пределах 2) и 31.Однако выходное напряжение известных инверторов в номинальном режи- Ю ме работы не превышает напряжения источника постоянного тока.Наиболее близким по технической сути к изобретению является преобразователь частоты, содержащий тирис торный инвертирующий мост с коммутирующим конденсатором в диагонали переменного тока, подключенный параллельно с цепочкой из последовательно соединенных коммутирующего дросселя, разделительного конденсатора и выходных зажимов к зажимам постоянного тока мостового выпрямителя через входные дроссели в анодной и катодной цепях, а также автотрансформатор, вклю ценный в диагональ переменного тока инвертирующего моста, при этом средняя точка обмотки автотрансформатора соединена с нулевым выводом вторичной обмотки питающего трансформатора. В этом:преобразователе Фсоммутирующий конденсатор предварительно, при включении одного из двух тиристоров моста формирующих импульс тока в нагрузке, разряжается через35 автотрансформатор на последовательные диодно-дроссельные цепочки, элементами которых являются диоды выпрямителя и входные дроссели. Изменяя время предварительного разряда 40 коммутирующего конденсатора, можно в широких пределах регулировать выходное напряжение и мощность 4 .Однако выходное напряжение известного инвертора в номинальном режимеработы не превышает напряжения источника постоянного тока, что усложняет условия согласования инвертора свысоковольтной нагрузкой, требуетспециальных согласующих устройств,цто в свою очередь снижает КПД устройства,Целью изобретения является повышение КПД.Поставленная цель достигается 55тем, что инвертор, содержащий подключенную ко входным выводам череЗдроссели фильтра ячейку, состоящую из тиристорного моста с параллельно включенными коммутирующим конденсатором и обмоткой автотрансформатора со средним выводом в диагонали переменного тока, причем параллельно мосту подключено две последовательные цепочки, состоящие первая из коммутирующего дросселя и разделительного конденсатора, а втораяиз двух диодно-дроссельных цепочек, он снабжен дополнительными идентичными ячейками, подключенными каждая через дополнительные фильтровые дроссели ко входным выводам, причем средняя тоцКа автотрансформатора каждой предыдущей ячейки соединена с общей точкой диодно-дроссельных цепочек последующей ячейки, а средняя точка обмотки автотрансформатора последней ячейки и общая точка диоднодроссельных цепочек первой ячейки образуют выходные выводы.При таком соединении ячейки имеют общую цепь разряда коммутирующих конденсаторов через диодно-дроссельные цепочки на нагрузку, что позволяет увеличить напряжение на нагрузке в и раз (где и - число ячеек) по сравнению с выходным напряжением каждой ячейки за счет суммирования напряжения на коммутирующих конденсаторах в цепи их разряда.На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого инвертора с числом ячеек и = 2; на фиг, 2- осциллограммы импульсов управления, подаваемых на тиристоры инвертора(а), тока тиристоров(б) и тока внагрузке 1,(в). Высоковольтный регулируемый инвертор состоит из ячеек 1 и 2, содержащих мосты, выполненные на. тиристорах 3-10 с коммутирующими конденсаторами 11 и 12 в диагоналях переменного тока, и подключенные параллельно со своими цепочками из последовательно соединенных разделительных конденсаторов 13 и 14 и соответственно коммутирующих дросселей 15 и 16 к зажимам источника постоянного тока через фильтровые дроссели 17-20, автотрансформаторы 21 и 22 с полуобмотками 23-26,.включенные в диагонали переменного тока мостов, последовательные диодно-дроссельные цепочки, выполненные из диодов 27-30 у дросселей 31-34, включенные по две последовательно между вершинами каждого моста,93630 5при этом средний вывод обмотки авто- трансформатора 21 первой ячейки соединен с общей точкой диодно-дроссельных цепочек второй ячейки, а средний вывод обмотки автотрансформатора 22 второй ячейки и общая точка диоднодроссельных цепочек первой ячейки образуют выходные выводы, к которьмподключена нагрузка 35.Инвертор работает следующим обра о зом. В установившемся режиме работы к моменту времени й включения тиристоров 3 и 7, разделительные конденсаторы 13 и 14 заряжены до напряжения источника питания, а коммутирующие конденсаторы 11 и 12 заряжены до напряжения с полярностью, указанной на фиг, 1. Напряжение конденсаторов 11 и 12 равномерно делится по полуобмоткам 23-26 автотрансформаторов 21 и 22. При включении в момент времени й тиристоров 3 и 7 под действием суммы напряжений на полуобмот- д ках 23 и 25 автотрансформаторов 21 и 22 в контуре тиристор 3 - полуобмотка 23 - диод 29 - дроссель 33 - тиристор 7 - полуобмотка 25 - нагрузка 35 - диод 27 - дроссель 31 - тирис-тор 3 протекает импульс тока в направлении указанном на фиг. 1 стрелкой, конденсаторы 11 и 12 разряжаются при этом на обмотки автотрансформаторов 21 и 22. Затем в момент вре 35менивключаются тиристоры 5 и 91и в интервале времени- й,1 происходит коммутация тока с указанного контура на два отдельных контура тиристор 3 - конденсаторы 11 - тирис- ю тор 5 - конденсатор .13 - дроссель 15- тиристор 3 и тиристор 7 - конденсатор 12 - тиристор 9 - конденсатор 14 - дроссель 16, - тиристор 7. Конденсаторы 11 и 12 перезаряжаются по синусоидальному закону и в момент перехода через ноль импульсов токов перезаряда этих конденсаторов тиристоры 3-9 выключаются. Затем в момент времени й включаются тиристоры 4 и 8,4 О а в момент времени 1 - тиристоры 6 и 10. При этом пройсходит аналогицный процесс перезаряда коммутирующих конденсаторов 11 и 12 и в нагрузке 35 формируется. очередной импульс то 55 ка в направлении указанном на Фиг. 1 стрелкой. К моменту времени й очередного включения тиристоров 3 и 7 заканчивается полный цикл работы.ин 4 ьвертора, в течение которого в нагрузке сформировалось два полных периодавыходного тока.Мощность в нагрузке определяетсявеличиной интервалов времений 4 разряда коммутирующих конденсаторов 11 и 12 через цепь нагрузки 35,Изменяя время, задержки включения тиристоров 5 и 9 относительно 3 и 7 итиристоров 6 и 10 относительно 4 и 8,можно регулировать мощность в нагрузке от номинального значения до нуля,когда тиристоры 3, 7 и 5, 9; 4, 5 и6, 10 включаются одновременно,Выходное напряжение инвертораопределяется суммой выходных напряжений каждой:иэ ячеек, так как последовательное соединение ячеек по выходному переменному току. увеличивает волновое сопротивление контура переменного тока в число раз равное числуячеек при неизменной величине выходного тока, что позволяет подключитьк инвертору нагрузку с сопротивлением в такое же число раэ большим, чемноминальное сопротивление нагрузкиодной ячейки и умножить тем самымвыходное напряжение инвертора.Выбирая число последовательно соединенных ячеек по заданному сопротивлению нагрузки, можно согласовать инвертор с нагрузкой без дополнительных согласующих устройств и повысить КПД.В данном инверторе можно изменить направление тока в нагрузке 35, включая с опережением тиристоры катодной группы мостов по отношению к тиристорам анодной группы, например тиристоры 6 и 10 по отношению к тиристорам 4 и 8 (фиг. 2 а). При этом импульс тока нагрузки замыкается в контуре тиристор 6 - дроссель 32 - диод 28 " нагрузка 35 - полуообмотка 25 - тиристор 10 - дроссель 34 - диод 30 - по- . луобмотка 23 - тиристор 6, протекая церез нагрузку в направлении противоположном, указанному на фиг. 1 стрел" кой. Этот импульс тока показан пунктирной линией на фиг. 2 а.Изменяя очередность предваритель" ного включения тиристоров анодной группы 3-8 и катодной группы 5, 6, 9 и 1 О периодически с низкой частотой, можно сформировать в нагрузке кривую тока низкой частоты из полуволн тока номинальной частоты инвертора.Использование данного инвертора позволяет. создать источники питаний с широким диапазоном выходных напря"жений и регулирования выходной мощности, которые находят применение для питания индукционных электротермических установок, а также других потребителей тока повышенной частоты. юформула изобретенияВысоковольтный регулируемый инвер О тор, содержащий подключенную ко входным выводам через дроссели фильтра ячейку, состоящую из тиристорного моста с параллельно включенными коммутирующим конденсатором и обмоткой автотрансформатора со средним выводом в диагонали переменного тока, причем параллельно мосту подключено две последовательные цепочки, состоящие первая - из коммутирующего дрос селя и разделительного конденсатора, а вторая - из двух диодно-дроссельных цепочек, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения КПД, он снабжен дополнительными идентичнымиячейками, подключенными каждая черездополнительные фильтровые дросселико входным выводам, причем средняяточка автотрансформатора каждой предыдущей ячейки соединена с общей точкой диодно-дроссельных цепочек последующей ячейки, а средняя точка обмотки автотрансформатора последней ячейки и общая точка диодно"дроссельныхцепочек первой ячейки образуют выходные выводы. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРИф 714597, кл. Н 02 И 7/515 1977 .2. Авторское свидетельство СССРЮ 489186, кл. Н 02 И 7/515, 1973.3. Авторское свидетельство СССРпо заявке У 2702735, кл. Н 02 И 7/51519784. Авторское свидетельство СССРН 764065, кл. Н 02 И 7/515, 1978.Составитель И.ктор И. Митровка ТехредИ, Рейве н К ор В. Синицкая одписно 45/70 Тираж 721ВНИИПИ Государственного комитета ССпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб. аказ Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна