Последовательный инвертор для питания секционированной нагрузки

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 09) (11) А 4(51) Н 02 М 7/51 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Уральский ордена ТрудовогоКрасного Знамени политехническийинститут им. С.М. Кирова и Коммунарскийгорно-металлургический институт(56) 1. Авторское свидетельство СССР9 601790. кл. Н 02 М 7/515, 1973.2. Авторское свидетельство СССРФ 425283. кл. Н 02 М 5/421969.3. Авторское свидетельство СССРР 1005253, кл. Н 02 М 7/515, .1979.(54)(57) ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ ИНВЕРТОРДЛЯ ПИТАНИЯ СЕЩИОНИРОВАННОЙ НАГРУЗКИ) содержащий подключенные к положительному входному выводу черезсоответствующие дроссели фильтрачетыре вентильных моста с коммутирующими 1 С-контурами в диагоналяхпеременного тока, фильтровые конденсаторы, соединенные первыми обкладками с анодными выводами соответствующих мостов, катодный выводпервого из которых подключен кпервому крайнему выводу для подключения цепи нагрузки, эашунтированной компенсирующим емкостпым эле-.ментом, причем оба крайних вывода3соединены с соответствующими двумяпоследовательными цепочками, каждаяиз которых состоит из обратноговентиля и дросселя насыщения, а катодный вывод второго моста соединенс второй обкладкой первого фильтрового конденсатора, а также подключенный к отрицательному входному выводудополнительный дроссель Фильтра,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью упрощения, анодные выводывторого и третьего мостов соединенысо свободными выводами последователь- Яных цепочек, общим дросселем фйльтраи первой обкладкой общего фильтровогоконденсатора, а вторые обкладки всех фифетрех фильтровых конденсаторов подключены к соответствующим промежуточ- аным выводам для подключения секций,цепи нагрузки, причем средний промежуточный выводподключен к дополнительному дросселю фильтра, катодныйвывод третьего моста соединен с второй обкладкой третьего фильтровогоконденсатора, а катодный выводчетвертого моста - с вторым крайнимвыводом для подключения цепинагрузки1 1138908Изобретение относится к преобразовательной технике с применениемполупроводниковых вентилей и предназначено для необратимого преобразования энергии постоянного тока на 5 б входе в энергию переменного токавысокой частоты на выходе, а такжее может найти применение для питания .током высокой частоты однофазной . с переменной нагрузки, например, индук. 10 ционной нагревательной установки или с магнитострикционных преобразователей. вИзвестен последовательный авто- в номный инвертор, содержащий подключенные через дроссели фильтра к15 н входным зажимам два вентильных моста к с коммутирующими конденсатором и л дросселями, подключенные параллельно к мостам последовательные цепи изи общей нагрузки (активно-индуктивная 20 о нагрузка, зашунтированная компенси- щ рующим конденсатором) и двух цепейн сбответствующих разделительных и (фильтровых) конденсаторов, а также д двух цепей диодов обратного тока для 25 д ограничения выходного напряжения нак нагрузке, причем в вентильных инвер- ф тирующих мостах параллельно тиристо- в рам подключены встречно-параллельные вентили Я ,30В таком инверторе выходное нап- и ряжение по амплитуде может быть т ограничено на уровне 0,5-0,7 от нап- , т ряжения источника питания, что обес- в печивает надежную его работу при,переменной нагрузке. Выходное напря- к жение сравнительно низкое, что явля- з ется недостатком инвертора и ограни-. м чивает область его применения.3 40 Известен также последовательный инвертор, содержащий два вентильных инвертирующих моста с коммутирующим конденсатором и дросселями. Тиристоры мостов зашунтированы встречно-параллельными вентилями. Аноды тиристоров 45 каждого моста связаны через дроссели с выводом фильтрового конденсатора и положительным зажимом источника- питания, а катоды тиристоров мостов соединены с крайними выводами двух последовательно соединных компенсирующих конденсаторов, общая точка , которых соединена с противоположным выводом фильтрового конденсатора. Активно-индуктивная нагрузка подклю" 55чена к выходным зажимам, к крайним выводам конпенсирующих конденсаторов И . Инвертор может иметь в два разаболее высокое напряжение, но неимеет цепей для ограничения выходного напряжения и потому не можетыть использован дляпитания резкопеременной нагрузки, что являетсяго недостатком,Наиболее близким по техническойущности к изобретению являетсяпоследовательный автономный инвертор,одержащий связанные. с входными выодами через дроссели фильтра четыреентильных моста с коммутирующимиС-контурами в диагонали перемен-,ого тока, четыре компенсирующихонденсатора, соединенных в одну поседовательную цепь, крайние выводыоторой,образуют, выходные выводынвертора, каждый вентильный иост,днотипно зашунтирован соответствуюей цепью из последовательно соедиенных компенсирующего конденсаторасвязанного с ним фильтрового коненсатора 2 причем каждые два послеовательно соединенных компенсирующихонденсатора совместно с одним изильтровых конденсаторов зашунтироаны, соответствующей последовательнойепочкой, состоящей из дросселя наыщения и обратного вентиля, Активнондуктивная нагрузка например индук 2ор индукционной нагревательной ус"1ановки, включен между выходными:.ыводами инвертора, т.е. параллельноепи из последовательно соединенныхомпенсирующих конденсаторов обра-,7уя совместно с этими компенсирующии конденсаторами резонансный нагруочный колебательный контур, В такоминверторе при равенстве величин всехкомпенсирующих конденсаторов достигается равномерность заГрузки всех веитильных мостов независимо от того, равномерно или нет загружен,например индуктор индукционной плавильной печи 3 Недостаток известного инвертора состоит в том что в нем использовано большое количество рекуперирующих цепей и последовательно соединенных компенсирующих конденсаторов, что существенно усложняет как конструкцию нагрузочного контура инвертора, так и подбор необходимой величины компенсирующей емкости при настройке на заданную частоту.Целью изобретения является упрощение схемы соедийений последователь-ного инвертора.3 1.1 389Поставленная цель достигается тем, что в последовательном ицверторе для питания секционированной нагрузки, содержащем подключенные к положительному входному выводу через соответствующие дросселн фильтра четыре вентильных моста с коммутирующими С-контурами в диагоналях переменного тока, фильтровые конденсаторы, соединенные первыми обкладками с анодными выводами соответствующих мостов, катодный вывод первого иэ которых подключен к первому крайнему выводу для подключения нагрузки зашунтированной компенсирующим емкостным элементом причем оба край)них вывода соединены с соответствующими двумя последовательными цепочками, каждая.из которых состоит из обратного вентиля и дросселя насыщения, а катодный вывод второго моста соединен с второй обкладкой первого фильтрового конденсатора, а также подключенный к отрицательному входно- му выводу цополнительный дроссель 5 фильтра, анолные выводы второго и третьего мостов соединены со свободными выводами последовательных цепочек, общим дросселем фильтра и первой обкладкой общего фильтрового конденсатора, а вторые обкладки всех трех фильтровых конденсаторов подключены к соответствующим промежу точным выводам для подключения секций цепи нагрузки, причем средний промежуточный вывод подключен к35 дополнительному дросселю фильтра, катодный вывод третьего моста соединен с второй обкладкой третьего фильтрового конденсатора, а катодный вывод четвертого моста " с вторым крайним выводом для подключения цепи нагрузки.На фиг, 1 и .2 представлены варианты схем устройства.Устройство содержит вентильные мосты 1-4, состоящие иэ тиристороз 5-8 и встречно-параллельных вентилей 9-12. В диагональ переменного тока . этих мостов включены последовательно соединенные коммутирующие конденсатор 13 и дроссель 14, а последовательно с мостом - дроссель 15.Анодные вывОды мостов 1,2 и 3,4присоединены к первьпч обкладкам 55соответствующих фильтровых конденсаторов 16-18 и через дроссели 19-21, фильтра присоединены к положительному 08 4выводу иццертора. Вторые вывопы мостов 2 и 3 присоедпцець 1 соответственно к вто- рым обкладкам конденсаторов 16 и 18. К отрицательному входному выводу, подключен дополнительный дроссель фильтра 22 Последовательные цени из вентилей 23 и 24 и дросселей 25 и 26 насыщения соединены с фильтровым конденсатором 17, соединенным с дрос селем 20, Нагрузка 27 состоит иэ секций 28-31. а коипецсирующнй конденсатор 32 подключен к крайним выводам активцо-индуктивной нагрузки 27.Инвертор работает следующим образом.Тиристоры мостов 1,2 и 3,4 отпираются попарно поочередно. Сначала отпираются, например, тиристоры 5 и 8 в мостах 1,и 2. При этом через эти тиристоры в колебательном режиме протекает импульс высокочастотного тока по цепи; конденсатор 17 - мост 2 - коцценсатор .16 - иост- секции 28 и 29 - конденсатор 17. Внутри мостов ток протекает по цепи: тири-, стор 5 - дроссель 14 - конденсатор 13 - тиристор 8. При равном падении напряжения на участках 28 и 29 нагрузки вецтильцые мосты 1 и 2 по режиму работы находятся в одинаковых условиях. После окоцчация импульса тока через тиристоры в мостах 1 и 2 начинают проводить ток встречно-па- ,раллельные вентили 9 и 12 по той же цепи, но в обратную сторону. Прц этом частично разряжаются конденсаторы 13, что исключает перенапряжение в схеме при изменении сопротивления нагрузки от нуля до некоторой поминальной величины.Одновремеццо после прекращецця импульса тока через тиристоры мостов 1 и 2 отпираются очередные тиристоры, например тиристоры 5 и 8 мостов 3 и 4, через ннх протекает импульс тока по цепи: конденсатор 17 - мост 3 - конденсатор 18 - мост 4 - секции 31 и 30 - конденсатор 17. В нагрузке, 27 ток тиристоров мостов 3 и 4 совпадает по направлению с током вентилей мостов 1 и 2 . При этом общее напряжение на всейнагрузке равно суиме напряжений на всех секциях 28-31. После окончания импульса тока через тиристоры мостов 3 и 4 в них начинает протекать импульс тока через встречно-параллельные вентили 9 и 12 по той же цепи, но.в обратную сторону.Одновременно после окончания тока через тиристоры мостов 3 и 4 отпираются очередные тиристоры 6 и 7 мостов 1 и 2 ичерез них протекает импульс тока по цепи: конденсатор 17 " 5 мост, 2 - конденсатор 16 - мост 1 секции 28 и 29 - конденсатор 17. Яри этом внутри мостов ток протекает по цепи: тиристор 6 " конденсатор 13 дроссель 14 - тиристор 7. В нагрузке 10 27 ток тиристоров мостов 1, и 2 снова совпадает по направлению с током вентилей моста 3 и 4, но течет в другую сторону, т.е. снова меняет свое Вправление, является перемен ным, После прекращения импульса тока через эти тиристоры проводят импульс тока встречно-параллельные вентили 10 и 11 этих же мостов. Одновременно проводят ток. очередные.тиристоры 6 и 20 7 мостов 3 и 4. Затем проводят импульс тока встречно-параллельные вентили 10 и 11 этих мостов.Одновременно снова отпираются очередные тиристоры 5 и 8 мостов 25 1 и 2 и процесс повторяется аналогично. При этом через нагрузку протекает ток переменный высоко-частотный, возбуждающий высокочастотные колебания в нагрузочном контуре из ЗО элементов 28-32. При этом, как только суммарное амплитудное напряжение начастях 29 и 29 или 30 и 31 нагрузки превыпает величину напряжения на фильтровом конденсаторе 17, начинают проводить ток цепи из элементов 23и 25 или 24 и 26. Благодаря возвратуизбыточного реактивного тока из цепинагрузки в цепь источника величинасуммарных напряжений на секциях28 и 39 или 30 и 31 нагрузки ограничивается на допустимом уровне 1-1,4от напряжения источника питания(уровень ограничения зависит отсвойств нелинейных насыщающихсядросселей 25 и 26), При этом обеспе"чивается надежная, устойчивая работаинвертора и резко переменной нагрузке когда ее сопротивление можетизмениться от нуля (короткое замыкание в цепи нагрузки) до бесконечности (что соответствует, например,пустому индуктору индукционнойнагревательной установки). На схеме (фиг. 2) вместо одного применено два последовательно соеди-: ненных компенсирующих конденсатора, общая точка которых соединена со средней точкой активно-индуктивной нагрузки, Такое соединение может оказаться полезным при питании, например, длинных индукторов нагревательных установок для стальных профилей (заготовок). Можно регулировать степень и скорость нагрева заготовки при ее движении в начале и в конце индуктора, изменяя величину емкости первого или второго компенсирующего конденсатора.1138908 Составитель И, Жеребинвецкая Техред С.Легеза рректор О. Тигор дактор 0 Тираж 646 Подписное з 10703/4 4/ ППППатент, г. Ужгород, ул. Проектная,Фил ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж. Раушская наб., д.