Последовательный инвертор

(54). ПОСЛЕ ТЕЛЬ ЕРТО Изобретение относится к преобразовательной технике с применением полупроводниковых вентилей и предназначено для необратимого преобразования энергии постоянного тока на входе в энергию переменного тэка высокой частоты на выходе.Устройство может найти применение для питания током высокой частоты однофазной переменной нагрузки, например, индукционной нагревательной установки или магнитострикционных преобразователей.Известны схемы последовательных инверторов, содержащие дваили,более тиристорых моста с компенсирующим конденсатором и дросселем в диагоналях переменного тока, подключенные через дроссели фильтра к источнику питания, причем в вентильных мостах параллельно тиристорам подключены обратные диоды 11- 51.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является последовательный инвертор, содержащий два вентильных инвертирующих моста с коммутирующим конденсатором и дросселями. Тиристоры мостов зашун тированы встречно-параллельными вен тилями. Аноды тиристоров каждого моста связаны через дроссели с выво дом фильтрового конденсатора и с положительным зажимом источника питания, а катоды тиристоров мостов соединены с крайними выводами двух .последовательно соединенных компенсирующих конденсатора, общая точка которых соединена с противоположным выводом фильтрового конденсатора. И вертор. содержит также активно-индук тивную нагрузку (индуктор), подключ ную к выходным зажимам (к крайним выводам компенсирующих конденсаторов). Нагрузка (индуктор) связана через фильтровой дроссель с отрицательным зажимом источника питания 51Недостатком известю.ях схем является ограниченный диапазон выход3 8861ной частоты и напряжения параллельных вентилей,Цель изобретения - увеличениечастоты и выходного напряжения инвертора.5Для достижения поставленной целиинвертор снабжен двумя дополнительными идентичными тиристорными мостами, двумя дополнительными компенсирующими и фильтровыми конденсатора ф, ми, и дросселями, а также двумя нелинейными дросселями и дополнительными вентилями, причем анодные группытиристоров дополнительных мостов соединены с выводами соответствующих до-15полнительных фильтровых конденсаторов и через дополнительные фильтровые дроссели подключены к положитель"ному входному выводу, а противоположные выводы дополнительных фильтровыхконденсаторов соединены с катодамитиристоров основных мостов и через дополнительные компенсирующие конденсаторы - с катодами тиристоров соответствующих дополнительных мостов, образуя выходные выводы инвертора,. связанные через цепи из упомянутых нели-,нейного дросселя и вентиля с выводами фильтрового конденсатора и черездроссели фильтра в . с положительнь 1 мвходным выводом, а крайние и промежу 30точные выводы компенсирующих конденсаторов через фильтровые дроссели соединены с отри 3 ательным входным выводом, при этом вторичные обмотки дополнительных коммутирующих дросселейв двух парах основных и дополнительных тиристорных мостов соединены вдве последовательные цепи и черезвентили подключены к выходным выводам40На фиг, 1 приведена схема последа"вательного иивертора; на фиг. 2 -то же, вариант.Схема включает тиристорные инвертирующие мосты 1-4, тиристоры 5-20,коммутирующие конденсаторы 21-24,коммутирующие дроссели (первичныеобмотки) 25-40, вторичные обмотки41-56 коммутирующих дросселей, фильтровые конденсаторы 57-59, компенси" ф 11рующие конденсаторы 60-63, вентили64-69, нелинейные дроссели 70 и 71,активно-индуктивную нагрузку 1(индуктор) 72, фильтровые дроссели 73-80.Инвертор состоит из четырех тирис" ффторных инвертирующих мостов 1-4, выполненных на тиристорах:5-20, содержащих коммутирующие конденсаторы 72 4121-24 в диагоналях переменного тока. В мостах последовательно с тиристорами включены коммутирующие дроссели 25-40, имеющие вторичные обмотки 41- 56. Аноды тиристоров 9 и О, 13 и 14 мостов 2 и 3 соединены с выводом фильтрового конденсатора 58 и через дроссель 74 с положительным зажимом источника питания. Катоды тиристоров 11 и 12 моста 2 и катоды тиристоров 15 и 16 моста 3 соединены с выводами последовательно соединенных компенсирующих конденсаторов 61 и 62, общая точка которых соединена с противоположным выводом конденсатора 58. Аноды тиристоров 5 и 6 моста 1, 7 и 18 моста 4 соединены соответственно с выводами дополнительных фильтровых конденсаторов 57 и 59, и через фильтровые дроссели 73 и 75 с положительным выводом источника питания. Противоположнь 1 е выводы конденсаторов 57 и 59 связаны соответственно с катодами тиристоров 11 и 12 моста.2,15 и 16 моста 3, и через соответствующие дополнительные компенсирующие конденсаторы 60 и 63 соединены с катодами тиристоров 7 и 8 моста 1, 19 и 20 моста 4, образуя выходные выводы инвертора, к которым подключены активно-индуктивная нагрузка 72. Выходные выводы через цепи соответственно из вентиля 64 н нелинейногЬ дросселя 70, нэ вентиля 69 и нелинейного дросселя 71 соединены с выводом конденсатора 58,и через дроссель 74 с положительным выводом источника питания. Все выводы компенсирующих кон,денсаторов 60-63 через фильтровые дроссели 76-80 соединены с отрица,тельным источником питания. Вторич" ные обмотки 41-56 индуктивно связаны с соответствующими коммутирующими дросселями 25-40. В мостах 1 и 2 вторичные обмотки включены накрест, соединены последовательно, образуя цепи 41-44-45-48 и 42-43-46-47, которые через .вентили 65 и 66 подключены к выходному выводу мостов 3 и 4. В мостах 3 н 4 вторичные обмотки также включены накрест и соединены последовательно, образуя две цепи 53-56- -49-52 и 54-55-50-,51, которые через вентили 67 и 68 подключены к выходному, выводу мостови 2. Другие концы всех цепей вторичных обмоток подключены к выводу фильтрового кон денсаора 58, связанного через дрос172 6нагрузке (при номинальном сопротивлении нагрузки).При снижении сопротивления нагруз ки ниже номинальной величины в вентильных инвертирующих мостах возникают опасные перенапряжения. Ограничение возможных перенапряжений дос тигается с помощью цепей с вторичны ми обмотками для возврата избыточной реактивной энергии из коммутирующих дросселей в источнике питания, на фильтровой конденсатор 58. Как только суммарное напряжение на вторичных обмотках, например 41, 44, 45 и 48 превысит величину напряжения на конденсаторе.58, сразу включается вентиль этой цепи (в данном случае вентиль бб), и через него потечет импульс тока по элементам 4 1 -58-62-63-66 48-45-44-4. Через компенсйрующйе конденсаторы 62 и 63 этот импульс тока совпадает по направлению с основным током через конденсаторы 60 и 61 от мостов 1 и 2, выделяя в контуре нагрузки дополнительную полезную мощность, что увеличивает КПД инвер-тора. Благодаря ограничению напряже ния на коммутирующих дросселях (на первичной и вторичной обмотках) в вентильных мостах нет перенапряжений. Инвертор может устойчиво работать при коротком замыкании нагрузки. В зависимости от очередности работы групп тиристоров в инверторе поочередно работают 4 группы цепей обратного тока. При этом поочередно-пропускают ток вентили 66-68-65-67"66 и т.д, Дополнительная полезная мощность поочередно выделяется то в кон" денсаторах 62 и 63, то в конденсаторах 60 и 61, в зависимости от работающих мостов.Чтобы исключить резкое снижение времени для восстановления управляемости тиристоров и предотвратить срыв процесса инвертирования при возрастании сопротивления нагрузки сверх номинальной величины, в инверторе имеются цепи для ограниче- ния амплитуды выходного напряжения на рекомендуемом уровне, что составляет в расчете на один компенсирующий конденсатор (выходное напряжение в цепи одного контура тока) величину примерно 0,6-0,7 от напряжения источника питания. Как только суммарное амплитудное напряжение на конденсаторах 60 и 61, илийа конденсаторах 62 и 63 достигает величины напряже 5 886сель 74 с положительным выводом источника литания.Элементы 2,3,9 - 16,22,23,58,61,62,72,74, а также коммутирующие дроссели имеются в известном последова 5тельном инверторе,Предлагаемый инвертор работаетследующим образом.Фильтровые конденсаторы 57-59 заряжаются от источника питания через 10фильтровые дроссели 73-80. Тиристорымостов 1 и 2 и мостов 3 и 4 включаются группами поочередно, при этомв контурах инвертора и через нагрузку протекают импульсы высокочастот" 15ного тока, Так, при включении, например, тиристоров 5,8,9 и 2 импульсывысокочастотного тока протекают поцепям 57-5-25-21-28-8-60-57 и 58-9- 9-22-32-12-61.-58.При этом на компен-сирующих конденсаторах 60 и 6 появляется напряжение, и в колебательном.контуре протекает ток по цепи60-72-63-62-61-60.Режим тока в конту"ре инвертора колебательный. Черезнагрузку 72 импульс тока протекаетслева направо. После окончания импульса тока включаются очередные тиристоры 3,16,17 и 20 противофазныхмостов. При этом импульсы тока протекают по цепям 58-13-33-23-36-16-6258 и 59-17-37-24-40-20-63-59. Колебательный нагрузочный контур вновь получает подпитку импульсом тока мостовчерез компенсирующие конденсаторы63 и 62. При этом ток в контуре нагру-Зфзки протекает по цепи 63-72-60-61-6263, Через нагрузку 72 импульс токапротекает справа налево, т.е. в противоположную сторону. Затем включаются очередные тиристоры 6,7,10 и40мостов 1 и 2, и токи в контурахпротекают по цепям 57-6-26-21-27-7"60-57 и 58-10-30-22-31-31-11-61-58,При этом в контуре нагрузки. токпротекает по цепи 63-72-60-61-62-63. ффЧерез нагрузку 72 ток протекает справа налево, т.е. снова в обратную сторону. Затем включаются очередные тиристоры 5,8,9 и 12 мостов 1 и 2, ипроцессс повторяется аналогично описанному выше. Таким образом, при поочередном включении тиристоров мостови 2 или 3 и 4 через контур.нагрузки протекают импульсы высокочастотного тока мостов, а в контуре нагрузки ффпротекает переменный высокочастотный ток. Описанные выше процессы протекают в инверторе при номинальнойния на фильтровом конденсаторе 58, включаются соответственно вентили 64 или 69 цепей ограничения выходного напряжения.. Ток ограничения выходного напряже 5 ния, в зависимости от работающих вен-, тильных мостов 1 и 2 или 3 и 4, протекает по цепям 60-64-70-58-61-60 или 63-69-71"58-62-63. Нелинейные, дроссели 70 и 71 в цепях необходимы Е для увеличения уровня ограничения амплитуды выходного напряжения до 0,6-0,7 от напряжения источника питания. Без таких дросселей уровень ограничения напряжения равен 0,5 И (на один контур тока).1Таким образом, в предлагаемом инверторе достигается увеличение выходного напряжения в два раза по сравнению с известной схемой, которое щ определяется суммой напряжения на четырех последовательно соединенных компенсирующих конденсаторах 60-63 (в известной схеме лишь на двух ,конденсаторах). В инверторе улуч- ф 2 шены условия для восстановления уп" равляемости тиристоров, что позволяет использовать его на более высокой частоте. Инвертор может питать фпеременную нагрузку, сопротивление которой может меняться от нуля (короткое замыкание) до бесконечности.Предлагаемый последовательный инвертор без изменения сущности изобретения может иметь другое исполнение. Схема такого инвертора приведена Эф на фиг. 2. В ней вместо трех примерно четыре фильтровых конденсатора, средняя фильтровая емкость выполнена разделенной на две части.Улучшенные технические характерис фф тики расширяют область применения ин= . вертора. Благодаря увеличенному выходному напряжению отпадает необходимость применять специальныеповышающие выходные трансформаторы, что ф снижает капитальные затраты при использовании преобразователя, Например, выпускаемые промышленностью ин;.; дукторы становится возможным непосредственно подключать к выходным клем- зв мам йнвертора. Благодаря применению цепей для ограничения выходного напряжения на оптимальном уровне сохраняется работоспособность инвертора при перегрузках, что позволяет уве- О личить среднюю за цикл нагрева мощность инвертора и повысить произво,цительность установки. Повышение про лзводительности, возможности снижениякапитальных затрат при,введении вэксплуатацию, а также упрощениеэксплуатации создают экономическийэффект. Формула изобретенияПоследовательный инвертор, состоящий из двух тиристорных мостов с коммутирующим конденсатором и дросселем в диагоналях переменного тока, анодные группы которых подключены к одному из выводов конденсатора фильтра и источника питания, а катодные группы - к крайним выводам двух последовательно соединенных компенсирующих конденсаторов, общая точка которых соединена с противоположным выводом конденсатора фильтра, причем последовательно с каждым из тиристоров в мостах включены первичные обмотки дополнительных коммутирующих дросселей, причем вторичные обмотки дросселей, включенных в синфазные плечи мостов соединены попарно последовательно и подключены через венти" ли к одному из выводов конденсаторов фильтра, связанного с положительным входным выводом, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения вы" ходкого напряжения и частоты, он снаб жен двумя дополнительными иден - тичными тиристорными мостами двумя дополнительными компенсирующими и Фильтровыми конденсаторами, и дросселями, а также двумя нелинейными дросселями и дополнительными вентилями, причем анодные группы тиристоров дополнительных мостов соединены с выводами соответствующих дополнительных фильтровых конденсаторов и через. дополнительные фильтровые дроссели подключены к положительному входному выводу, а противоположные выводы дополнительных фильтровых конденсаторов соединены с катодами тиристоров основных мостов и через дополнительные компенсирующие конденсаторы - с катодами тиристоров соответствующих дополнительных мостов, образуя выходные. выводы, связанные через цепи из упомянутых нели" нейного дросселя и вентиля с выводами фильтрового конденсатора и через дроссель фильтра " с положительным входным выводом, а крайние и промежуточные выводы компенсирующих кон"886172 10 2. Авторское свидетельство СССРы, кл, Н 02 М 7/51107.08.72. денсаторов через фильтровые дросселисоединены с отрицательным входным в1водом, при этом упомянутые вторичныеобмотки в двух парах основных и до-.полнительных тиристорных мостов соединены в две последовательные цепии через вентили подключены к выходнымвыводамИсточники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1.Авторское свидетельство СССРР 535695, кл. Н 02 М 7/515, 31.08.73. 3. Авторское свидетельство СССРпо заявке Ф 2764820,кл. Н 02 М 7/515, 1979. 4. Авторское свидетельство СССР по заявке В 2736532 10 кл. Н 02 М 7/515, 19)9. 5. Авторское свидетельство СССР Мф 425283, кл. Н 02 М 7/515, 27.12.71.. 4/5 Патент", г. Ужгород, ул, Проектная илиал Составитель Г. Вотчинце Техред И,Асталош 555/74 Тираж 733ВНИИПИ Государственного комитета Спа делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб Корректор Г. Решетки