Последовательный резонансный инвертор

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 384 02 М 7/523 ИСА ЗОБРЕТЕНИ КА Й РЕЗОНАНСНЫЙ ОСЛЕДОВАТЕ хничес торо 4 ил Фю 4 СУДАРСТВЕКНЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Ленинградский электротекий институт им, В.И.Ульянова(56) Авторское свидетельство СССРУ 862339, кл. Н 02 М 7/523, 1979.Авторское свидетельство СССРУ 700905, кл. Н 02 М 7/523, 1978.Беркович Е.И, и др. Тиристорныпреобразователи высокой частоты.1973, с, 82, рис, 3.36 а,ИНВЕРТОР(57) Изобретение относится к преобразовательной технике и м.б, использовано в качестве источника питания для электротермических установок. Целью является повьппение надежности. Устр-во содержит тиристорный мост с коммутирующим конденсатором 5 в диагонали переменного тока. Параллельно мосту через коммутирующий дроссель 6 подключены диод 11 и последовательная цепочка, состоящая из конденсато ра фильтра 10, защитного дросселя 9 и нагрузки 8, С ростом сопротивления нагрузки растет длительность интервала совместной проводимости тирисв диагонали моста и диодаИзобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника питания для электротермических установок,Цель изобретения - повышение надежности.На фиг,1 представлена принципиальная схема инвертора; на фиг,2 - диаграммы токови напряжений Б на элементах,инвертора при изменении нагрузки в сторону короткого замыкания; на фиг.3 - то же, при номинальной нагрузке; на фиг.4 - то же, для режима холостого хода. 15Инвертор содержит подключенные последовательно к входным выводам мост на четырех тиристорах 1-4 с конденсатором 5 в диагонали, коммутирующий дроссель 6, дроссель 7 фильтра, последовательную цепь, состоящую из нагрузки 8, защитного дросселя 9, конденсатора 10 фильтра, подключенную к точке соединения дросселя 7 фильтра и коммутирующего дросселя 6 и катод ной группе тиристорного моста, диОд 11, подключенный между катодной группой тиристорного моста и точкой соединения конденсатора 10 фильтра и коммутирующегО дросселя 6. 30Инвертор в установившемся режиме работает следующим образом.Полный цикл работы схемы определяется частотой управления тиристорами 1-4 моста и состоит из двух так тов. Каждый такт характеризуется рабочим и нерабочим состоянием тиристорного моста, т.е. наличием и отсутствием тока коммутирующего контура 5-6-8-9-10, Параметры схемы выбраны 40 так,чтобы ток коммутирующего контура носил колебательный характер и имел место режим естественного выключения тиристоров моста (режим прерывистого тока). Емкость конденсатора 10 фильтра равна емкости коммутирующего конденсатора 5.При уменьшении сопротивления нагрузки От номинального значения в сторону короткого замыкания В тече 50 ние такта работа схемы разбивается на четыре интервала.В первом интервале при отпирании тиристоров 1 и 4 к дросселям 6 и 9 прикладывается сумма напряжений на конденсаторе 10 фильтра, коммутирующем конденсаторе 5 и нагрузке 8. Если при этом напряжение на коммутирующем конденсаторе 5 больше напряжения на коммутирующем дросселе 6, отпирается диод 11. Начинает протекать ток по контуру: 5-4-8-9-10-6-1-5 и контуру 5-4-11-6-1 (фиг.2 а). Ток через нагрузку 8 течет снизу вверх. Конденсатор 5, имеющий полярность как показано на фиг. 1, переэаряжается от источника питания и током контураУ образованного коденсатором 5, диодом11 и дросселем 6. При проводимости диода 11 потребление энергии от источника уменьшается, так как существует замкнутый контур, отделенный от источника питанияв котором циркулирует реактивная энергия. Диод 11 проводит до тех пор, пока распределение напряжений в схеме не станет для него запирающим, После чего он выключается.Во втором интервале ток перезаряда коммутирующего конденсатора продолжает протекать по единственному контуру: 5-4-8-9-10-6-1-5. Ток через нагрузку 8 течет снизу вверх, После спада тока контура до нуля тиристоры 1 и 4 запираются (фиг.2 а).В третьем интервале возможна вторичная проводимость диода 11(фиг.2 а). Ток протекает по контурч 10-9-8-11-10. Ток чере нагрузку 8 течет сверзу вниз и равен сумме токов источника питания и тока контура 10-9-8-11-10 (фиг,2 б), Возникновение указанного контура снижает потребление энергии схемой от источника питания. Интервал заканчивается после выключения диода 11.Четвертый интервал характеризуется бестоковой паузой, в которой не проводят тиристоры моста и диод 11 и которая длится до включения тиристоров 2 и 3. При этом ток заряда конденсатора 10 обеспечивает протекание тока через нагрузку 8 сверху вниз (фиг.26). Первый такт работы схемы закончен.Процессы, происходящие во втором такте (работают тиристоры 2 и 3), аналогичны описанным, По окончании второго такта включаются тиристоры 1 и 4, цикл работы схемы инвертора повторяется.На фиг.2 показаны формы тока д тиристоров и тока диода 1. (а); форма напряжения О. на тиристорах (Ь) из которой видно, что обратное напряжение на тиристорах в интервале восстановления управляемости велико14 15384 и скорость нарастания прямого напряжения незначительна и определяетсяв скоростью изменения напряжения на коммутирующем конденсаторе 5 при перезаряде, форма напряжения на коммутирующем конденсаторе 5 и конденсаторе 10 фильтра (г).Работа инвертора в номинальном режиме характеризуется малым време нем проводимости диода 11 в первом интервале, аналогичном соответствующему интервалу в описанном режиме работы, В номинальном режиме схема имеет максимальный КЛД. Работа 15 схемы в течение такта делится на три интервала: совместной проводимости тиристоров диагонали моста и диода 11, проводимости тиристоров диагонали (работа аналогична работе инверто ра в соответствующем интервале описанного режима); интервал бестоковой паузы, когда не проводят тиристоры диагонали и диод 11 (аналогично работе в четвертом интервале описанного 25 режима).На фиг.З приведены форма тока через тиристоры и диод 11 (а), форма тока нагрузки 8 (б), форма напряжения на тиристорах (в), форма напряжения на коммутирующем конденсаторе 5 и конденсаторе 10 (г) фильтра. В случае разрыва цепи нагрузки (Режим холостого хода) колебания в интервале возбуждаются внутри моста. Схема инвертора практически не потребляет энергии от источника питания. Длительности проводящего состояния и амп-,литуды токов тиристоров и диода 11 рав 40ны ме:кду собой (фиг,4 а). После колебательного перезаряда коммутирующего конденсатора током контура, включающего тиристоры одной диагонали,45 коммутирующий дроссель реактор 6,45диод 11 и коммутирующий конденсатор 5, тиристоры выключаются и напряжение на них поддерживается равнымнулю до отпирания следующей диагонали. Работа схемы на холостом ходув течении такта разбивается на интервал совместной проводимости тиристоров и диода 11 и интервал бестоковой паузы,На фиг.4 показаны форма токов ти 55ристоров и диода 11(а), форма напряжения на тиристоре (б), форма напряжения на коммутирующем конденсаторе 5 (в). При увеличении сопротивления нагрузки от номинального в сторону холостого хода в течение такта работа схемы разбивается на три интервала.В первом интервале при отпирании тиристоров 1 и 4 по контурам 5-4-8-9- -10-6-1-5 и 5-4-11-6-1 протекают токи перезаряда коммутирующего конденсатора 5. При этом через нагрузку 8 ток протекает снизу вверх. В момент, когда напряжение на диоде 11 станет запирающим, он выключается. Первый интервал закончен.Во втором интервале ток перезаряда коммутирующего конденсатора 5 замыкается по цепи 5-4-8-9-10-6-1-5.Через нагрузку ток продолжает протекать снизу вверх. В момент перехода тока контура 5-4-8-9-10-6-1-5 через нуль тиристоры 1 и 4 запираются.Третий интервал характеризуется бестоковой паузой схемы инвертора, когда не проводят тиристоры моста и диод 11, которая длится до включения тиристорови 3. При этом ток заряда конденсатора 10 обеспечивает протекание тока через нагрузку сверху вниз, Первый такт работы схемы законченПроцессы, происходящие во втором такте, аналогичны описанным, По окончании второго такта включаются тирнсторы 1 и 4, цикл работы схемы инвертора повторяетсяПервый интервал работы схемы, в котором ток перезаряда коммутирующего конденсатора складывается иэ тока источника и тока контура, включающего диод 11, характеризуется снижением потребления схемой энергии от источника. Это объясняется тем, что существует замкнутый контур 5-4-11- -6-1, включающий реактивные элементы и отдельный от источника питания, в котором циркулирует реактивная энергия. В результате снижения потребления энергии схемой от источника питания напряжение на элементах схемы, в частности на вентилях, не растет с ростом сопротивления нагрузки. Длительность интервала совместной проводимости тиристоров диагонали моста и диода 11 увеличивается с ростом сопротивления нагрузки.5384 ри изменении сопротивления нагрузки, как в сторону холостого хода, так и в сторону короткогс замыкания потребление схемой энергии от источника питания снижается, Ицвертор сохраняет работоспособность без существенного увеличения напряжений на элементах схемы от режима короткого замыкания до режима холостого хода.С целью дальнейшего новышеция надежности обмотки коммутирующего и за-.щитного реакторов могут быть выполнены магнитосвязанными, На повьппенных частотах это возможно без использования ферромагнитных сердечников,Выполнение коммутирующего и защитного реакторов магнитосвязанными позволяет снизить повьппение напряжения навентилях и коммутирующем соцдецсаторе в режиме холостого хода до 1,7 ив режиме короткого замыкани до 2,5-.3 напряжений питания,Сцжкецие напряжения на коммутирующем конденсаторе и силовых вентилях в режимах, близких к холостому ходу и короткому замыканию., Г 1 ожцо до биться изменением коэффициента распрел я .цця ицдуктивностей в схеме и;гверфп тора, Под коэффициентом распределе - ния индуктивностей понимается отношение индуктивцости коммутирующего реактора и суммарной индуктивности контура коммутации. Если обозначить индуктивность коммутирующего реактс ра через 1 защитного через ЕЗ, то коэффициент распределения иццуктивностей в иццерторе 1. кК. ,+1,)кОднако уменьшать К ,по малых величин не рекомендуется, так как на повышенных частотах скорость царас 6тация ццркуляциоццого тока (тока контура), включакпцего шлеме цты 5, 11 и 6, и его амплитуда могут оказаться выше допустимых величин. Кроме того, снижается КпД ицвертора. Коэффициент распр.деления ицдуктивностей должен быть не ниже некоторого критического значения К ъ Кь , при котором амп"Рлитуда циркуляционного тока и скорость его нарастания становятся вышедопустимых значений, При увеличенииК вьппе 1/2 (что соответствует равным ццдуктивностям коммутирующего изащитного реактора) аналогичное ограничение накладывается на скоростьнарастания и амплитуду тока диода,Формула и з о б р е т е н и я Пс следовательцый резонансный инвертср, содержащий подключенный к входным выводам через дроссель Фильтра и коммутирующий дроссель тиристорцый .ост с коммутирующим конденсатором г диагонали переменного тока и по. следовательную цепочку, состоящую из конденсатора, фильтра, защитного дросселя и выходных выводов, включенную между точкой соединения дросселя фильтра с коммутирующим дросселем и катодной группой тиристорцого моста, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьыеция надежности, он снабжен дополнительным диодом, анод которого соединен с катодцой группой тиристорного моста, а катод - с точкой соединения конденсатора фильтра и коммутиоующего дросселя, причем произведение емкости конденсатора фильтра на индуктивность защитного дросселя равна произведению емкости коммутирующего конденсатора ца индуктивность коммутирующего дросселя.141 5384 Составитель И.ЖеребинаТехред А.Кравчук дактор Н.Бобков рректор М.П Заказ 3882/53 краж 665 писное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5