Регулируемый инвертор

(50 Гр(:ф р;,ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ юдГг В ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(57) Изобретение относится к преобразовательной технике и м.б. исполь зовано в преобразователях частоты для индукционного нагрева. Целью является расширение диапазона регулирования, упрощение и повышение надежности. Устр-во содержит тиристоры 1, 2 с обратными диодами 3, 4. Задающий генератор соединен с распределителем импульсов, который подключен к управляющему электроду тиристора 1 и через элемент задержки 7 и элемент ИЛИ к управляющему электроду тиристора 2. Расширение диапазона регулиро" вания основано на использовании зависимости напряжений и токов в схеме инвертора от соотношения интервалов паузы и проводимости в работе основ- аФ ной вентильной пары. 2 з.п. ф-лы,Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в преобразователях частоты для индукционного нагрева металлов. 5Цель изобретения - расширение диапазона регулирования, упрощение и повышение надежности,На фиг. 1 показана принципиальнаясхема инвертора, на фиг, 2 - то же,вариант; на фиг. 3 - временные диаграммы сигналов блока управления, нафиг. 4 - временные циаграммы токови напряжений в двух вариантах схемыинвертора.Регулируемый инвертор (фиг. 1) содержит первый и второй тиристорыи 2 с обратными диодами 3 и 4, блок5 управления, задающий генератор 6,который связан с управляющим электро-дом первого тиристора 1 и через элемент 7 задержки (с управляющими выход,ными импульсами Уу,и 01,) с управляющим электродом второго тиристора 2,а также подключенную к источнику пи 25тания последовательную цепь из фильтрующего дросселя 8,последовагельногоЬС-контура, состоящего из дросселя 9и конденсатора 10, а также нагрузки11, образованной индуктором и компен-сирующим конденсатором, причем параллельно 1.С-контуру с нагрузкой подключен первый тиристор 1, а второй тиристор 2 включен последовательно вцепь конденсатора 10, 35В первом варианте схемы (фиг. 1) первый 1 и второй 2 тиристоры связаны между собой одноименными выводами, а во втором варианте (фиг. 2) - разноименными.Блок управления содержит четырехтактный распределитель 12 импульсов,(с выходными импульсами 04 - 0144), счетный вход которого соединен с выходом задающего генератора 6, первый выход распределителя связан с управляющим электродом первого тиристора 1, а управляющий электрод второго тиристора 2 подключен к выходу элемента ИЛИ 13, входы которого связаны с двумя смежными выходами распределителя 12, причем первый по порядку изо этих выходов соединен с входом эле 55 мента ИЛИ 13 через элемент 7 задержки, В первом варианте схемы (фиг.1) входы элемента ИЛИ 13 связаны с вторым и третьим выходами, а во втором варианте (фиг. 2) - с первым и вторымвыходами распределителя 12.Регулируемый инвертор (фиг. 1) работает следующим образом,Рассмотрим установившийся режимработы, когда ток фильтрующего дросселя практически постоянен, Если домомента г. (фиг. 4) включен тиристор2, через него протекает ток дросселя8, заряжающий конденсатор 10 черездроссель 9 и нагрузку 11. В моментг от задающего генератора 6 поступает управляющий импульс на тиристор1, он включается, в результате начинается колебательный перезаряд конденсатора 10 через тиристоры 2 и 1,нагрузку 11 и проссепь 9. В моментток тиристора достигает величины тока дросселя 8, а ток 1 тиристора 2 переходит через ноль, в результате чего тиристор 2 выключается,а ток перезаряца конденсатора 10 переходит в диод 4. В момент с диод 4выключается, и на интервалечерез тиристор 1 протекает ток дросселя 8. При этом к тиристору 2, восстановившему свою управляемость наинтервале с - С, приложено прямоенапряжение У 4 равное сумме напряжений конденсатора 10 и нагрузки 11(на временных диаграммах напряжениенагрузки не учитывается), В моментг импульсом 7 с элемента 7 задерж 5ки включается тиристор 2, и по контуру цроссель 9 - нагрузка 11 - тиристоо 1 - тиристор 2 начинается обратный перезаряд конденсатора 10. В момент с 4, когда ток х тиристора 2 равен току дросселя 8, выключается тиристор 1 и включается диод 3, которыйпроводит ток до момента г, На интервале г - г через включенный тиристор 2 протекает ток дросселя 8, заряжающий конденсатор 10 через дроссель9 и нагрузку 11, при этом к тиристору 1, восстановившему управляемостьна интервале с - с , приложено прямое напряжение П, равное сумме на ряжений элементов 9-11.В момент г вновь поступает им 6пульс на тиристор 1, и процессы всхеме повтоояются.Для успешного пуска необходимообеспечить предварительный заряц конденсатора 10, например, подачей импульса, включающего тиристор 2.Во втором варианте схемы (фиг,2)в момент(фиг. 5), когда ток дрос 1305816(1) где П - напряжение источника пидтания.Поскольку в установившемся режиме среднее значение напряжения на дросселе равно нулю, можно записать (для первого и второго вариантов соответственно)6"= "аф1Т 1ВТ П,1 г. = Па,16где Т - период следования управляющихимпульсов, 50Для обоих вариантов схемы можно записать обобщенное равенствотП,(с)й1 т.ф 14 55 где То - период собственных колебаний 1.С-контура (То(2) селя 8 через диод 4, дроссель 9 и нагрузку 11 заряжает конденсатор 10, включается тиристор 1, в результате чего начинается колебательный пере- заряд конденсатора 10 через диод 4, тиристор 1, нагрузку и дроссель 9. В момент с диод 4 выключается, и на интервале с - гз через тиристор протекает ток дросселя 8 В момент с включается тиристор 2, и продолжа-Ю ется колебательный переэаряд конденсатора 10 через включенные тиристоры 1 и 2. В момент с выключается тиристор 2 и включается диод 4, а в момент с выключается тиристор 1 и включается диод 3. В момент с диод 3 выключается, и вплоть до момента С ток дросселя 8 протекает через диод 4, заряжая конденсатор 10 через дроссель 9 и нагрузку 11. 20Регулирование мощности, отдаваемой в нагрузку, в обоих вариантах схемы основано на изменении задержки включения тиристора 2 относительно включения тиристора 1.Как видно из временных диаграмм (фиг. 3 и 4), изменение задержки приводит к соответствующему изменению интервала паузы в работе вентильной пары тиристор 1 - диод 3. Очевидно, для средних за период значений напряжений П Ц, для элементов 3 и 1 выполняется равенство- время паузы в работе вентильной пары тиристор 2 диод 4, длительность которой изменяется пропорционально величине задержки,Пренебрегая изменением Ц (С) в течение интервала (Т - Т, - с), т.е. считая величину П, постоянной, можно предыдущее равенство записать в виде(Т - Т -г)1То в- (3) Амплитудное значение напряженияна тиристоре 1 равно ТП = П (4)дТ- Т -о ПЕсли учитывать напряжение нагрузки, то можно считать, что амплитудное напряжение конденсатора 10( 5) о 0 о Поскольку амплитуда тока переэаряда конденсатора 10 пропорциональна напряжению конденсатора в момент начала перезаряда, т.е. амплитуда напряжения на конденсаторе Пю, согласно выражениям (4) и (5) амплитуда тока перезаряда, т,е, амплитуда тока нагрузки, зависит от времени задержки по гиперболическому закону, С ростом задержки амплитуда тока увеличивается, причем с приближением величинык величине (Т - Т) амплитуда тока стремитСя к бесконечности.Диапазон регулирования ограничен сверху лишь допустимым уровнем напряжений на элементах схемы.Для ограничения напряжений в схеме блок управления строится по схеме для второго варианта (фиг. 2). Импульсы задающего генератора 6 (фиг.3) поступают на счетный вход четырехтактного распределителя 12 импульсов.;1На тиристор 2 управляющий импульс с выхода элемента ИЛИ поступает в случае прихода импульса на любой из входов последнего. Тиристор 2 включается первым поступившим на управляющий электрод импульсом, а импульс, пришедший позже, не изменяет включенного состояния тиристора. Благодаря этому задержка включения тиристора 2 по отношению к моменту включения тиристора 1 в обоих вариантах схемыТ изменяется не более чем на в , т.е. на 90 эл, град. В случае, если задержка элемента 7 превышает величинуттиристор 2 включается импульсом, поступающим не с элемента , а с оче- редного выхода распределителя 12. Если задержка регулируется в допусти мых пределах, т.е, не более чем на 90 эл. град первым на управляющий электрод тиристора 2 поступает импульс с элемента 7 задержки. Изменение фазы импульса управления тиристо ром 2 на 90 эл, град, изменяет амплитуду тока нагрузки вдвое. В схеме (фиг. 1) задержка включения тиристоТра 2 равна (- + г. ,), а в схеме (фиг.2) 15 с согласно диаграммам (фиг. 3). Реальный диапазон регулирования мощности нагрузки более широкий за счет увеличения относительной амплитуды первой гармонической состаляющей тока нагрузки с приближением времени задержки элемента 7 к величинеРасширение диапазона регулированйя основано на использовании зависимости напряжений и токов в схеме инвертора от соотношения интервалов паузы и проводимости в работе основной вентильной пары. При регулировании задержки включения дополнительного тиристора по отношению к основному происходит эффективное регулирование выходной мощности, причем независимоот добротности нагрузочного контурав отличие от известного решения.35Упрощение схемы и конструкции инвертора связано с отсутствием фильтрующего конденсатора большой реактивной мощности, дополнительного (третьего) тиристора и необходимой длянего системы управления. Повышениенадежности регулируемого инвертораобусловлено тем, что в его схеме скорость нарастания тока тиристоров ограничена во всех режимах, в том числе при срыве инвертирования, что исключает отказы тиристоров из-за локальных перегревов их структуры вбли.зи управляющего электрода.При использованииизобретения можетбыть достигнуто независимое регулиро вание частоты и выходнои мощности инвертора, что позволяет поддерживатьпри регулировании максимально возможным КПД. Формула и з о б р е т е н и я 2. Инвертор по ющийся тем тиристоры связаны именными выводами п. 1, о т л и ч ачто первый и второй между собой однои. 1, отличачто первый и второй между собой разно 3. Инвертор по ю щ и й с я тем тиристоры связаны именными выводами 1. Регулируемый инвертор, содержащий первый тиристор с обратным вентилем, второй тиристор, блок управления, задающий генератор которого связан с управляющим электродом первого тиристора и через элемент задержки с управляющим электродом второго, а также подключаемую к входным выводам последовательную цепь из фильтрующего дросселя, последовательного 1.С-контура и выходных выводов для подключения нагрузки, причем первый тиристор подключен к входным выводам через указанный фильтрующий дроссель, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона регулирования, упрощения и повьшения надежности, блок управления снабжен четырехканальным распределителем импульсов, входом подключенным к выходу задающего генератора, и двухвходовым логическим элементом 2 ИЛИ причем первый канал распределителя связан с управляющим входом первого тиристора, второй и третий каналы распределителя соответственно через указанный элемент задержки и непосредственно подключены к входам логического элемента 2 ИЛИ, выход которого связан с управляющим входом второго тиристора, который шун" тирован введенным диодом, соединен последовательно с указанной последовательной цепью и подключен к катоду первого тиристора.1305816 г,з Составитель Т,МыцыТехред А,Кравчук дактор 0.1 Орковецка орректор А.Зимокосо каз 1463/53 Тираж 661 ВНИИПИ Государственного комитета ССС по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб.