Последовательный инвертор

.Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик АВТОРСКОМ ДЕТЕЛЬСТВУ 61) Дополнительное к авт. свид-ву Кд. лено 27.01.81 (21) 3240547/2/515 соелинением заявки М Ъеударетеанвк комитет СССР о делам изобретений(23) Приоритет Опубликовано 07.10.82, Бюллетень М 37 53 К 621.4,572 88.8) открыт Дата опубликовани сания 10,10 гин, В.С ин, В.А. и Л Й В.В. Шипицын, В.И, Луз А.А, Рухман, В,В. Дряг С.В. Житов(72) Авторы изобретенн ого Красного Знамейипояитехничеса и Центральный научно тут материалов и техн а Труд М. Кир м Уральскии орде институт им, С щей точкой нагрузки и разделительногоконденсатора и между зажимом другогоразделительног 6 конденсатора. К зажи"мам источника постоянного тока мостподключен через дроссели фильтра. В 5 таком инверторе каждый разделительныйконденсатор заряжен лишь до половинынапряжения источника питания, а напряжение на нагрузке по амплитуде ограничивается на уровне напряжения о разделительных конденсаторов, т,е, нвуровне 0,5 от напряжения источникапитания 1 1.Такой инвертор позволяет питатьнагрузку, сопротивление которой можетменяться от нуля до бесконечности,но имеет низкое выходное напряжение.Известен последовательный инвертор с относительно более высоким выходным напряжением, Инвертор содержит два тирисорных моста; каждый изкоторых содержит коммутирующий контур из последовательно соединенных;конденсатора и дросселя в диагонали конденв, причем.между об" Изобретение относится к вентильной преобразовательной технике ипредназначено для необратимого преобразования энергии постоянного токана входе в энергию переменного токавысокой частоты на выходе, Устройствможет найти применение для питания тком высокой частоты однофазной переменной нагрузки, например скомпенсированной индукционной нагревательнойустановки для стали.Известны различные инверторы,предназначенные питать однофазные нагрузки, но имеющие относительно низкоевыходное напряжение,Известен автономный последовательный инвертор, содержащий вентильный инвертирующий мост с узлом коммутации из конденсатора и дросселей,подключенную параллельно мосту последовательную цепь из нагрузки и двухразделительных (фильтровых)саторов, а также двух диодокаждый из диодов подключен хов, А.А. Новиков,ухих, С,10. Кропотухин,рман964922 29 25 3переменного токаТочка соединения анодов тиристоров каждого моста соединена с положительным входным зажимом инвертора через последовательную цепь иэ двух фильтровых дросселей, а точка соединения катодов соединена с отрицательным входным зажимом через третий фильтровый дроссель. Точка соединения первого и второгодросселей одного моста соединена через фильтровый конденсатор с точкойсоединения катодов тиристоров другого моста. В каждом.из мостов точка соединения анодов тиристоров одногомоста соединена через последователь ную цепь, образованную конденсатороми дросселем с промежуточным выводом обмотки, с точкой соединения катодовтиристоров другого моста, причем дроссель зашунтирован двумя встречно-последовательно соединенными диодами,точка соединения которых связана сточкой последовательного соединенияпервого и второго фильтровых дросселей другого моста. Промежуточный вывод дросселя связан через диод с точкой соединения анодов тиристоров этого же моста 21.Этот инвертор также имеет относи 4 Недостатком данного инвертора явля ется относительно невысокое выходное напряжение, недостаточное для индукционных нагревательных установок.Цель изобретения - расширение Функциональных возможностей за счет увеличения диапазона изменения выходного напряжения.Для достижения поставленной целич ч последовательныи инвертор, содержащии подключенные через Фильтровые дроссели к входным выводам два тиристорных моста, в диагональ переменноготока каждого иэ которых включены последовательно два коммутирующих конденсатора с коммутирующим дросселеммежду ними, включенным в диагональпеременного тока соответствующегообратного вентильного моста, а канодной группе тиристоров каждогомоста присоединен фильтровой конденсатор последовательной цепочки, состоящей из упомянутого конденсатораи коммутирующего дросселя, точка соединения которых подключена к аноднойгруппе вентилей обратного моста, причем катодная группа тиристоров первого моста соединена с одним выходным выводом, а параллельно выходным выво тельно невысокое выходное напряжение,недостаточное, например, для питания выпускаемых промышленностью индукционных нагревательных установок и плавильных печей. Наиболее близким к предлагемому является последовательный инвертор, содержащий подключенные через фильтровые дроссели к входным зажимам два тиристорных моста, в диагонали переменного тока которых включены последовательно по два коммутирующих конденсатора и между ними - коммутирующий дроссель, соединенный с диагональю переменного тока соответствующего обратного вентильного моста,К точкам соединения анодов тиристоровкаждого моста присоединена цепь,из последовательно соединенных фильтрового конденсатора и коммутирующего дросселя. Точка соединения катодов тиристоров одного моста соединена с одним выходным зажимом. Параллельновыходным зажимам подключены компенсирующие конденсаторы и нагрузка. Они образуют нагрузочный контур инвертора. Инвертор содержит также две. цепи из последовательно соединенных нелинейного дросселя и вентиля 1 3.4 О 45 ровыми конденсаторами две дойолнительные последовательные цепочки, подключенные каждая, параллельно основ-, ной цепочке, причем точка соединения конденсатора и дросселя дополнительной цепочки подключена к катоднойгруппе вентилей обратного моста и через указанную цепочку из вентиля, включенного в обратном направлении, и нелинейного. дросселя - к катодной группе тиристоров моста, а делитель напряжения подключен к выходным выводам причем точка соединения егодросселей подключена к точке соединения конденсатора дополнительной идросселя основной последовательныхцепочек первого моста и катоднойгруппе тиристоров второго моста, аточка соединения дросселя основной иконденсатора дополнительной последодам подключены компенсирующие конденсаторы, а также две цепочки из последовательно соединенных нелинейногодросселя и вентиля и два дополнительных фильтровых конденсатора, снабженделителем напряжения, состоящим из35двух дросселей, зашунтированных конденсаторами, и двумя дополнительнымикоммутирующими дросселями, образующими совместно с дополнительными фильт5 96492 вательных цепочек второго моста соединенас другим выходным выводом.Схема последовательного инвертора приведена на чертеже.Схема содержит тиристоры 1-8, вентили 9-18, коммутирующие конденсаторы 19-22, фильтровые конденсаторы 23-26, конденсаторы 27-28 делителя, компенсирующие конденсаторы 29-30, коммутирующие дроссели 31-32 с сим метричными промежуточными выводами, коммутирующие дроссели 33-36 Фильтровые дроссели 37-40, дроссели 41-42 делителя, активно-индуктивная нагрузка 43 (индуктор, магнитострикционный 15 преобразователь и т.д.), нелинейные дроссели 44-45.Инвертор содержит два противофазных тиристорных моста соответственно из тиристоров 1-4 и 5-8, в диагональ 26 переменного тока которых включены последовательно соединенные коммутирующие конденсаторы и дроссели соответственно 19, 31, 20 и 21, 32, 22. В мостах точки соединения анодов ти ристоров 1 и 3, 5 и 7 соответственно через фильтровые дроссели 37 и 38 соединены с положительным входным выводом, а точки соединения катодов тиристоров 2 и 4, 6 и 8 соответственно щ через фильтровые дроссели 39 и 40 соединены с отрицательным входным выводом инвертора. К точкам соединения анодов тиристоров каждого моста присоединены крайними выводами по две последовательные цепочки, состоящие из последовательно соединенных фильтрового конденсатора и дросселя, соединенные параллельно и образующие соответственно два реактивных моста из элементов 33 и 23, 24 и 34 для перво- го моста, 35 и 25, 26 и 36 для второго моста. Однотипные элементы в мостах: фильтровые конденсаторы 23- 26 или коммутирующие дроссели 33-36, находятся в противоположных плечах. Встречные вентили 9-12 и 13-16 соединены в два обратных моста, которые диагональю переменного тока подключены соответственно к промежуточным выводам дросселей 31 и 32, а диагональю постоянного тока - между точ- ф ками соединения фильтровых конденсаторов с дросселями в последовательных цепях, соединенных параллельно и об 55 разующих реактивные мосты.Между выходными выводами инвертора включен делитель напряжения из последовательно включенных дросселей г Ь41 и 42, зашунтированных конденсаторами 27 и 28. Точка соединения катонов тиристоров одного моста (напримертиристоры 2 и 4) соединена с однимвыходным выводом инвертора, Точкасоединения катодов тиристоров 6 и 8другого моста соединена с общей точ,ой элементов делителя 41, 42, 27, 28и с противоположным выводом первогореактивного моста, образованного точкой соединения элементов 23 и 34.Противоположный вывод второго реактивного моста, образованный точкойсоединения элементов 25 и 36, соединен с вторым выходным выводом инвертора. Точки соединения катодов тиристоров 2 и 4, 6 и 8 каждого моста через последовательные цепи из нелинейного дросселя и вентиля соответственно 44 и 17, 45 и 18 соединены сфильтровым конденсатором 23 и 25 соответствующего реактивного моста ичерез эти конденсаторы - с противоположным выводом этих мостов. Нагрузочный колебательный контур, состоящий из конденсаторов 29 и 30, активно-индуктивной нагрузки 43, подключенк выходным выводам инвертора,Инвертор работает следующим образом.Предварительно от источника питания через фильтровые 37-40 и коммутирующие 33-36 дроссели заряжаютсяфильтровые конденсаторы 23-26. Тиристоры 1, 4, 5, 8 и 3, 2, 7, 6 отпираются одновременно по четыре поочеред- ..но, при этом через коммутирующие контуры и через нагрузку протекают импульсы высокочастотного тока. Так,при отпирании тиристоров 1, 4, 5, 8ток протекает по цепи тиристор 1конденсатор 19 - дроссель 31 - конденсатор 20 - тиристор 4 - (конденсатор 30 и конденсатор 29 - нагрузка43) - (конденсатор 25 - дроссель 35и дроссель 36 - конденсатор 26)тиристор 5- конденсатор 21 - дроссель32 - конденсатор 22 - тиристор 8(конденсатор 23 - дроссель 33 и дроссель 34 - конденсатор 24) - тиристор 1.После прекращения импульса тока ивыключения тиристоров отпираются очередные тиристоры 3, 2, 7, 6, и оче;редной импульс тока протекает по цепитиристор 3 - конденсатор 20 - дроссель 31 - конденсатор 19 - тиристор2 - (конденсатор 30 и конденсатор 29,нагрузка 43) - (конденсатор 25 -7 96492дроссель 35 и дроссель 36 - конденсатор 26) - тиристор 7 - конденсатор 22 " дроссель 32 " конденсатор21 - тиристор б - (конденсатор 23 дроссель 33 и дроссель 34 - конденсатор 24) - тиристор 3После прекра-,щения импульса тока и выключения тиристоров отпираются очередные тиристоры 1, 4, 5, 8, и электромагнитныйпроцесс в инверторе,повторяется ана Ологично описанному; при этом черезконтур нагрузки 29, 30, 43 протекает импульс высокочастотного тока,возбуждающий в нем высокочастотныеколебания. 1Предлагаемый режим работы инвертора имеет место при оптимальном сопротивлении нагрузки. Если сопротив:ление нагрузки станет меньше (чточасто бывает в технологических про- щцессах), то .вследствие увеличениякоэффициента раскачки увеличиваетсянапряжение на всех элементах контуракоммутации, в том числе и на коммутирующих конденсаторах 19-22 и коммутирующих дросселях 31 и 32 и 3336. Как только суммарное напряжениена внутренних выводах дросселей 31и 32 и на каждом из дросселей 33-36превосходит по величине напряжениена фильтровых конденсаторах 23-26,отпираются вентильные мосты обратного тока, Через вентили этих мостовв соответствии с полярностью напряжения на дросселях 31 и 32 начинает35протекать ток возврата избыточнойреактивной энергии из коммутирующихдросселей в источник питания, в фильтровые конденсаторы 23-26, связанныес источником,40Рассматривается путь обратного тока на примере работы лишь одного моста. Допускается, что открыты вентили9 и 12. Через эти вентили протекаетток по двум цепям: дроссель 31 - вентиль 9 - дроссель 33 - конденсатор24 - вентиль 12 - дроссель 31; дроссель 31 - вентиль 9 - конденсатор 23дроссель 32 - вентиль 12 - дрос"сель 31,Аналогичным образом протекает токчерез открытые вентили другого мостаобратного тока, При этом ограничивается рост напряжения как на коммутирующих дросселях 31 и 32, 33-36,55так и на коммутирующих конденсаторах19-22 что исключает перенапряжениена всех элементах, в том числе и натиристорах. 2 8Если сопротивление нагрузки возрастает выше номинальной величины, наблюдается снижение времени для восстановления управляемости тиристоров, что вызывает срыв инвертирования и последующее короткое замыкание через тиристоры. При этом одновременно наблюдается рост выходного напряжениясверх допустимой величины. Снижение времени для восстановления управляемости тиристоров можно исключить, ограничив величину выходного напряжения инвертора. Для этого применены цепи из еоследовательно соединенных вентиля 17 и 18 и нелинейного дросселя 44 и 45. Как только выходное напряжение на зажимах инвертора окажется выше суммарного напряжения на конденсаторах 23 и 25, так сразу же отпираются вентили 17 и 18, и через них протекает ток по цепи конденсатор 23 - дроссель 45 - вентиль 18- конденсатор 25 - (конденсатор 30 и нагрузка 43 - конденсатор 29) дроссель 44 - вентиль 17 - конденсатор 23. При этом выходное напряжение ограничивается по амплитуде на уровне удвоенного напряжения источника питания (конденсаторы 23 и 25 заряжены до напряжения источника питания).При работе инвертора высокочастотное выходное напряжение инвертора приложено к делителю напряжения из элементов 41, 42, 27, 28. Индуктивности дросселей 41 и 42 и емкости конденсаторов 27 и 28 равны между собой, т.е. в точке соединения этих элементов напряжение делится пополам. Так как равные элементы делителя шунтируют однотипные вентильные и реактивные мосты, поддерживается принудительное распределение напряжения между последовательно соединеннымц тиристорными и реактивными мостами, что повышает надежность инвертора. Применение в инверторе делителя напряжения целесообразно, так как полупроводниковые вентири не являются идеальными ключами.Предлагаемая схема позволяет получить на выходе удвоенное выходное напряжение, достигающее по амплитуде двойного напряжения источника питания. Применение нелинейных дросселей 44 и 45 при благоприятных режимах позволяет увеличить величину выходного напряжения и, следовательно, выходную мощность, инвертора.9649Если требуется еще более высокое выходное напряжение, то можно исполь эовать в схеме не две, а три группы вентильных и реактивных мостов, соединив их аналогичным образом последовательно и применив соответственно делитель напряжения из трех частей.Если требуется меньшее по величи. не выходное напряжение, то можно ос- Е тавить только одну группу мостов " вентильный и реактивный. Такая схема инвертора представляет собой лишь половину предлагаемой схемы инверто ра, 5формула изобретенияПоследовательный инвертор, содер ф жащий подключенные через фильтровые дроссели к входным выводам два тирис-. торных моста, в диагональ переменного тока каждого из которых включены последовательно два коммутирующих 2 З конденсатора с коммутирующим дросселем между ними, включенным в диагональ переменного тока соответствующего обратного вентильного моста, а к анодной группе тиристоров каждого моста присоединен фильтровой конденсатор последователЪной цепочки, состоящей из упомянутого конденсатора и коммутирующего дросселя, точка соединения которых подключена к анодной35 группе вентилей обратного моста, причем катодная группа тиристоров первого моста соединена с одним выходным выводом, а параллельно выходным выводам подключены компенсирующие конденсаторы, а также две цепочки из последовательно соединенных нелинейно. го дросселя и вентиля и два дополни 22 1 Отельных фильтровых конденсатора,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью расширения функциональныхвозможностей за счет увеличения диапазона изменения выходного напряжения,он снабжен делителем напряжения, состоящим из двух дросселей, зашунтированных конденсаторами, и двумя дополнительными коммутирующими дросселями, образующими совместно с дополнительными фильтровыми конденсаторами две дополнительные последовательные цепочки, подключенные каждая параллельно основной цепочке, причемточка соединения конденсатора и дросселя дополнительной цепочки подключена к катодной группе вентилей об"ратного моста и через, укаэанную цепочку из вентиля, включенного в обрат.нои направлении, и нелинейного дрос"селя - к катодной группе тиристоровмоста, а делитель напряжения подключен к выходным выводам, причем точкасоединения его дросселей подключенак точке соединения конденсатора дополнительной и дросселя основной последовательных цепочек первого мостаи катодной группе тиристоров второго моста, а точка соединения дросселя основной и конденсатора дополнительной последовательных, цепочек второго моста соединена с другим выход-ным выводом,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРЮ 535695, кл. Н 02 И 7/515, 1973,2. Авторское свидетельство СССРй 647817, кл. Н 02 И 7/515, 1977.3Авторское свидетельство СССРпо заявке йф 2730527/24-07,кл, Н 02 М 7/515 1979964922 Составитель И Техред Т,фанта реби на ктор Е. Лазурен Корректор М. Демчи Заказ 7684/4 Тираж 721ВНИИПИ Государственного комитпо делам изобретений и откры13035, Москва, Ж, Раушская Подписноа СССР