Последовательный автономный инвертор

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(22) Заявлено 23,03;79 (21) 2739785/24-07 51)М Кп з с присоединением заявки М Н 02 М 7/515 Государственный комитет СССР по аелам изобретений и открытийДата опубликования описания 15.03.83: и Н;С.МарининУральский ордена Трудового Красного Знамени Г:".:,;(54) ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть ис пользовано для питания индукционных нагревательных установок, а также в ультразвуковой технологии.Известен ряд схем последовательных инверторов, в которых рекуперация избыточной реактивной энергии, запасенной в коммутирующих контурах, осуществляется непосредственно с коммутирующих дросселей в источник питания и нагрузку 1 1 .Однако достаточно эффективное ограничение нагряжения на элементах таких инверторов достигается .лишь в том случае, когда весь коммутирующий дроссель вынесен из моста инвертора и охвачен контуром сбро. са избыточной реактивной энергии.При этом к прямым вентилям в момент включения противофазных вентилей прикладывается полное напряжение коммутирующего конденсатора, которое оказывается все же высоким. Помимо этого, сброс избыточной, реактив- ной энергии, запасенной в коммутирующих дросселях осуществляется на до.полнительно введенные конденсаторы, не участвующие в формировании тока моста инвертора, что.приводит к возрастанию относительного объемауи стоимости Фильтрового контура.Известна также схема последовательного инвертора, содержащая два вентильных моста, подключенных черезФильтровые дроссели к входным за-.жимам, в диагонали переменного токакоторых включены коммутирующие 1 С-контуры, и Фильтровый конденсатор. Вэтой схеме сброс избыточной реактивной энергии накопленной в коммутирующих контурах осуществляется посредством вентилей встречно-параллельного включения в Фильтровый конденсатор и нагрузку 2,. Недостатком такой схемы являет-;ся то, что на интервале времени,предоставляемом для восстановленияуправляемости, к прямым вентилямприкладывается малое обратное напряжение, что приводит к возрастанию времени, необходимого для восста-.новления их управляемости, и к снижению предельно допустимой частотыинвертирования, Такая схема способна.работать в режимах, близких к короткому замыканию, однако при увеличении эквивалентного сопротивления нагрузки снижается время, предоставляемое для восстановления управ 1005254ляемости прямых вентилей, что приводит к срыву процесса инвертирования.Наиболее близким к предлагаемому является инвертор, содержащий два тиристорных моста, в диагональ переменного тока каждого иэ которых включена цепочка, состоящая из двух конденсаторов, соединенных через коммутирующий дооссель, включенный в диагональ переменного тока моста 10 обратных вентилей, две последовательные цепочки, включенные каждая между разноименными группами тиристорных мостов и состоящие из фильтрового конденсатора и дополнитель ного коммутирующего дросселя, причем одна обкладка фильтрового конденсатора второй последовательной цепочки соединена с анодной группой второго тиристорного моста, а дру" гая его обкладка - с анодной группой моста обратных вентилей, соединенного катодной группой с анодной группой первого тиристорного моста, емкостной элемент, связанный с выходными выводами и шунтированный двумя цепочками, состоящими каждая из последовательно соединенных встречного вентиля и индуктивного элемента, а также два фильтровых дросселя 3.Недостатками данной схемы являются повышенная емкость фильтровых конденсаторов, т.е. велика установленная мощность, а следовательно, и стоимость. Кроме того, велик уровень гармонических составляющих в выходном токе, что затрудняет питание нагрузки, обладающей значительной нелинейностью, какими являются, например, магнитострикционные ультразвуковые преобразователи. 40Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и удешевление.Поставленная цель достигается тем, что инвертор снабжен двумя вспомогательными коммутирующими дросселями, а в качестве индуктивных элементов использованы две первичные обмотки выходного трансформатора, первая из которых связана с катодной группой второго моста обратных вентилей; с точкой соединения первой последовательной цепочки и вспомогательного коммутирующего дросселя, включенного между укаэанной цепочкой и анодной 55 группой второго тиристорного моста, и через первый фильтровой дроссельс положительным входным выводом, а вторая первичная обмотка связана с анодной группой первого моста обрат ных вентилей, с точкой соединения второй последовательной цепочки, с другим вспомогательным коммутирующим дросселем включенным между указанной цепочкой и катодной группой первого тиристорного моста, ичерез второй фильтровой дроссельс отрицательным входным выводом,причем одна обкладка фильтрового конденсатора первой последовательнойцепочки соединена с катодной группой первого тиристорного моста, адругая его обкладка - с катоднойгруппой первого моста обратных вентилей, анодная группа которого соединена с катодной группой второготиристорного моста.Емкостной элемент может быть выполнен в виде одного конденсатора, апервичные обмотки выходного трайс-.форматора снабжены промежуточнымиотводами, соединенными каждый ссоответствующими фильтровым и вспомогательным коммутирующим дросселями,а концы обмоток, соединенные с обкладками конденсатора, подключены ксоответствующим мостам обратных вентилей.Кроме того, инвертор может бытьснабжен дросселем насыщения, а емкостной элемент выполнен в виде двухпоследовательно соединенных конденсаторов, каждый из которых шунтирован соответствующей указанной цепочкой иэ встречного диода и первичнойобмотки через дроссель насыщения,причем концы первичных обмоток, подключенные к конденсаторам, соединеныс соответствующими фильтровыми дрос"селями и соответствующими мостамиобратных вентилей, а другие их концы - с коммутирующими дросселями.На фиг.1 и 2 представлены схемыинвертора,Инвертор содержит два моста натиристорах 1-8, мосты обратных вентилей 9-16, всречные вентили 17 и 18,коммутирующие конденсаторы 19-22,коммутирующие дроссели 23 и 24, по-.следовательные цепочки, состоящие издополнительных коюеутирующих дросселей 25 и 26 и фильтровых конденсаторов 27 и 28, вспомогательные коммутирующие дроссели 29 и 30, конденсатор31, выходной трансформатор 32 с двумя первичными обмотками 33 и 34 ивторичной обмоткой 35, к которой под.ключена нагрузка 36, фильтровые .дроссели 37 и 38.Схема на фиг,2 содержит дроссельнасыщения 39 и второй конденсатор 40.Инвертор (фиг,1) работает следующим образом. В первом такте открываются тиристоры 1 и 2 и ток протекает по контурам 27-25-33-1-19-23-20-2"27 и 31-1"19-23-20-2-30-34-31. Величина индуктивности каждого из коммутирующих дросселей 25, 26, 29 и 30 выбирается в два раза больше, чем индуктивность дросселей 23 и 24. Это обеспечивает равенство напряжений на всехкоммутирующих дросселях, поскольку ж. каждый такт. работы инвертора по диагональному дросселю протекает сумматоков, протекающих через дроссели, включенные последовательно с фильтровыми конденсатораья.При этом в момент включения тиристоров 1 и 2 вентили 9и 12 остаются закрытыми, поскольку в контурах 23-9-25-33"31-12-23 и23-9-27-30-34-12-23 напряжения на коммутирующих дросселях, полярность которых указана на Фиг.1, уравновешены и к вентилям 9 и 12 будет приложено обратное напряжение, равное питающему. Во второй половине полупериода тока, когда напряжение на 35 коммутирующих дросселях принимаетполярность, укаэанную на Фиг.1 (в скобках) и сумма этих напряжений превосходит напряжение питания, до которого заряжены фильтровые конденсаторы 27 и 28, открываются вентили 10 и 11. С этого момента прекращается ток по тиристорам 1 и 2 иперезаряд коммутирующих конденсаторов 19 и 20 на заданном уровне и 25 йротекает ток сброса избыточной реактивной энергии, запасенной в коммутирующих дросселях 23, 25 и 30, по контурам 23-10-25-33-31-11-23 и 23-10-27-30-34-11-23, При этом ток сброса протекает по первичным обмоткам выходного трансформатора в том же напряжении, что и ток прямых тиристоров инвертора 1 и 2. В нагрузке 36 токи, протекающие через первичные обмотки, суммируются.Во втором такте открываются тиристоры 5 и б и ток протекает вначале по контурам 31-33-29-5-21-24-22- -6-31 и 28-5-21-24-22-6-34-34-26-28, а затем, когда открываются вентили 14 и 15, протекает ток сброса избыточной реактивной энергии, накопленной в коммутирующих дросселях по контурам 24-14-31-34-26-15-24 и 24-14-33-29-28-15-24. При этом ток 45 тиристоров и ток сброса протекает по первичным обмоткам в другом направлении по отношению к току первого так. та. Таким образом, за два такта работы инвертора формируется полный пе риод выходного тока. В следующих тактах работы инвертора, когда откры- ваются тиристоры 3, 4 и 7 и 8 процес. сы повторяются аналогично описанному.С возрастанием сопротивления на грузны увеличивается напряжение на первичных обмотках выходного транс" Форматора, которое прикладывается к мостам инвертора и критическая величина амплитуды которого составляет 60 0,8-0,9 от питающего напряжения, Ограничение выходного напряжения на . заданном. уровне достигается путем сброса избыточной энергии, запасенной в нагрузке, и созданием дополнитель ных путей высокочастотного тока мостов инвертора через встречные вентили помимо первичных обмоток.Встречные вентили 17 и 18 открываются в разные полупериоды выходного напряжения.и ток сброса излишнейэнергии, накопленной в нагрузке,протекает по контурам 33-30-17 и34-18-30. Регулирование соотношениявольтодоба 6 очных витков и витков первичной обмотки позволяет регулировать уровень ограничения напряже- .ния, прикладываемого к мостам инвертора..В схеме, изображенной на рис.2,ограничение напряжения на первичныхобмотках выходного трансформаторадостигается путем сброса избыточной энергии, накоплвивой в нагрузке,и создания путей высекочастотноготока мостов инверторе;помимо пер,вичных обмоток, когда открываютсявентили 17 и 18, Эти Вентили открываются с момента, когда напряжение напервичных .обмоткаХ превзойдет на,пряжение на конденсаторах 31 и 40 ипротекает ток сброса избыточной энергии в нагрузке по контурам 33-31-39-17-33 и 34-18-39-40. Ограничение амп"литуды напряжения на первичных обмотках возможно от уровня, равного половине питающего напряжения, до кото"рых заряжены конденсаторы 31 и 40,включенные последовательно по отношению к источнику питания, и выше взависимости от времени перемагничивания дросселя 39,Ф формула изобретения1. Последовательный автономный инвертор; содержащий два тиристорных моста, в диагональ переменного тока каждого из которых включена цепочка, состоящая из двух конденсаторов, соединенных через коммутирующий дроссель, включенный в диагональ переменного тока моста обратных венти-. лей, две последовательные цепочки, включенные каждая между разноименными группами двух тиристорных мостов и состоящие из .Фильтрового конденсатора и дополнительного коммутирующего дросселя, причем одна обкладка фильтрового конденсатора второй последовательной цепочки соединена .с анодной группой второго тиристорнаго моста, а другая его обкладка - с анодной группой. моста обратных вентилей, соединенного катодной группой с анод ной группой первого тиристорного моста, емкостной элемент, связанный с выходными выводами и шунтированный двумя цепочками, состоящиьж каждая из последовательно соединенных встречного вентиля и индуктивно- го элемента, а также два фильтровыхдросселя., о т л и ч а ю щ и й с я тем; что, с целью расширения Функцио, нальных возможностей и удешевления, он снабжен двумя вспомогательными коммутирующими дросселями, а в ка-честве индуктивных элементов ис 5 польэованы две первичные обмотки выходного трансформатора, первая из которых Связана с катодной группой второго моста обратных вентилей, с точкой соединения первой последова-10 тельной цепочки и вспомогательного коммутирующего дросселя, включенного между указанной цепочкой и анод. ной группой второго тиристорного моста, и через первый фильтровой 15 дроссель - с положительным входным выводом, а вторая первичная обмотка связана с анодной группой первого моста обратных вентилей, с точкой соединения второй последовательной цепочки, с другим вспомогательным коммутирующим дросселем, включенным между указанной цепочкой и катодной группой первого тиристорного моста, и через второй фильтровой дроссель с отрицательным входным выводом, причем одна обкладка Фильтрового конденсатора первой последовательной цепочки соединена с катодной группой первого тиристорного моста, а.другая его обкладка - с катодной группой первого моста обратных вен" тилей, анодная группа Которого соединена с катодной группой второго тиристорного моста. 2, Инвертор по п.1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что емкостнойэлемент выполнен в виде одного конденсатора, а первичные обмотки выходного трансформатора снабжены промежуточными отводами, соединеннымикаждый с соответствующими фильтровым и вспомогательным коммутирующими дросселями, а концы обмоток,соединенные с обкладками конденсатора,.подключены к соответствующиммостам обратных вентилей.3. Инвертор по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что он снабжен дросселем насыщения, а емкостной элемент выполнен в виде двух последовательно соединенных конденсаторов,каждый иэ которых шунтирован соответствующей указанной цепочкой через дроссель насыщения, причем концы первичных обмоток, подключенныек конденсаторам, соединены с соответствующими Фильтровыми дросселямии соответствующими мостами обратныхвентилей, а другие их концы - с коммутирующими дросселями,1Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР б 01576, кл. Н 02 М 7/515, 1977.2. Авторское свидетельство СССРР 425283, кл. Н 02 И 5/42, 1974.3. Авторское свидетельство СССРпо заявке 9 2730527/07,кл. Н 02 М 7/515, 1979.