Высокочастотный инвертор

Союз СоветсимвСоциалистическиеРеслублми ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ц 978298 1) Дополнительное к ав 3 Кл.652812 чЗаявлено 16,06.81 (2 02 М 7/5 с п нсоединением заявки Ъвудврственный комитепо делам нзобрет н открытийата опубликования описания 0. 11 72) Авторы изобретен Исмаилов, Т, И. Низамов, Р.А, МаркЗ.А. Азимов и Б.А. Листенгартен.ститут космических исследований природных сбв ",:"-.АН Азербайджанской ССР-в7) Заявител 1 СОКОЧАСТОТНЫЙ ИНВЕРТОР Иэобретеольэования е предназначен я иси техпреобразователь устук, в истестрик луцеЦи ни ке, а также в технологическийствах, используемых ультразстности в гидроакустицескихх,с целью возбуждения магнитонных преобразователей для ия акустических волн. Известен высокочастотныи инвертор,О содержащий силовой тиристор, связанный с источником питания через нагрузку, шунтированную диодом, вторичную обмотку импульсного трансформатора, узел коммутации, включающий отдельный источник питания и цепь; ограничивающий диод (тиристор) - коммутирующий дроссель - коммутирующий конденсатор- первичная обмотка указанного трансформатора, а также коммутируюнтий (разрядный) тиристор, который совместно с указанными конденсатором и первичной обмоткой трансформатора образует колебательный контур. При циклическом включении силового тиристора источник питания в тецение определенного времени подключается к нагрузке, при этом в ней формируются однополярные импульсы напряжения, а коммутация цепи нагрузки осуществляется вклюцением разрядного тиристора, который подсоединяет ранеезаряженный конденсатор к первичнойобмотке трансформатора, в результатечего во вторичной обмотке создаетсяЭДС, способствующая выключению силового тиристора.При необходимости длительность следования импульсов, определяющая среднее значение величины напряжения нанагрузке, может регулироваться путемизменения времени включения силового,тиристора 13,Этот преобразователь имеет следующие недостатки: требуется отдельныйисточник питания для заряда коммутирующего конденсатора; относительнонизкая частота следования импульсов978298 Частота следования импульсов на нагрузке будет равна частоте управления силовым тиристором.Преобразователь не обеспечивает работу на более высокой частоте следования импульсов, например ультразвуковой, особенно при мощностях более 10 кВт в импульсе.Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем получения различной формы выходного напряжения и расширения диапазона регулирования выходного напряжения,Поставленная цель достигается эа счет того, что высокочастотный инвертор, содержащий подключенные к выводам источника питания соединенные через первичную обмотку импульсноготрансформатора зарядный и перезарвдный тиристоры, вентильный элемент икоммутирующий конденсатор, одна обкладка которого соединена со средней тоцкой первичной обмотки, а другая - содним из выводов источника питания,снабжен двухпозиционным переключателем и дополнительным выходом для подключения средней точки источника питания, причем упомянутая другая обкладка коммутирующего конденсаторасоединена с обжим контактом двухпозиционного переключателя, один неподвижный контакт котооого соединен сдополнительным выводом источника питания, другой неподвижный контакт "с катодом перезарядного тиристора,а первичная обмотка выполнена с отпайками, одна иэ которых соединеначерез включенный в прямом направлении упомянутый вспомогательный элемент с одним иэ выходных выводов инвертора, к другому из которых подсоединен катод зарядного тиристора, вторичная обмотка импульсного трансформатора подсоединена к дополнительным выходным выводам инвертора,В качестве упомянутого вентильного элемента используется тиристор,-инвертор также снабжен дополнительными и -тиристорами, каждый из которых в цепи нагрузки, которая определяется собственной частотой колебания узла коммутации. Кроме того, в цепи нагрузки имеется дополнительный индуктивный элемент (обмотка трансформато-, ра), отрицательно сказывающийся на переходном процессе.Подобные схемы используются в низковольтных устройствах, в которых выходная мощность требуется менее 3 кВт,1 о а частота коммутации ниже 2 кГц.Наиболее близкой к данному изобретению является схема, содержащая соединенные последовательно церез пер" вичную обмотку импульсного трансфор з матора зарядный и перезарядный тиристоры, свободные силовые электроды которых подсоединены к выводам источника питания, вентильный элемент и коммутирующий конденсатор, одна обклад ка которого соединена со средней точкой первичной обмотки, а другая - с одним из указанных выводов,Силовой тиристор циклически подключает нагрузку к источнику питания 2 з в течение определенного времени, и в ней формруются однополярные импульсы напряжения, а коммутация этого же тиристора осуществляется путем подачи ЭДС, индуктированной во вторичной об" зо мотке трансформатора за счет работы узла коммутации, через указанный вспомогательнь 1 й тиристор 21.Недостатки этого преобразователя заключаются в том, что форма импуль-сов на нагрузке искажается (при включении вспомог ательного тиристора),минимальное напряжение на нагрузке определяется велициной напряжения вторичной обмотки трансформатора, которое является коммутирующим, ограниче-. на сфера использования пребраэовате: ля, амплитуды импульсов во вторичной обмотке при включении зарядного и раэ" рядного тиристоров отличаются, так как в первом случае заряд происходит от источника питания, а во втором - заряженный конденсатор разряжается на обмотку импульсного трансформатора.Анализируя вышеприведенные преобоа- эователи можно сделать следующие выводы.Цепи нагрузки подключаются к источ. нику питания и, следовательно, величина напряжения. на нагрузке как по амплитудному знацению, так и по среднему значению всегда будет ниже, чем напряжение источника питания. соединяет соответствующую отпаикупервицной обмотки с выходным выводом преобразователя.В качестве упомянутого вентильного элемента использован динистор.К зарядному и разрядному тиристорам подключаются две группы иэш-параллельных тиристоров, причем импульсыуправления каждым тиристором сдвинуты относительно друг друга по време5 9782ни. Частота следования импульсов (ж)на нагрузке определится какр=2 щ 5, (1)где 1 у - частота управления тиристорами в зарядных и разрядныхцепях.Параллельно первичной обмотке трансформатора подключаются первичные обмотки дополнительно введенных К тран сформаторов, причем зарядные, разрядные части обмоток, а также отпайки соответственно соединяются параллельно, а вторичные обмотки подключаются параллельно выходным выводам. В результате суммарная индуктивность 1. зарядной и разрядной цепи снижается в (К+1) раз,20 где К = 1, 2, 3- индуктивность первичной обмотки.Это позволяет в (К+1) раз увеличить емкость коммутирующего канденсатора при поддержании предельной резо-, нансной угловой частоты узла коммута". цииРЕЗ ф, (3)СК+ Цгде С - емкость коммутирующего конденсатора.Наряду с уменьшением суммарной ин 35дуктивности узла коммутации увеличивается суммарное сечение магнитопровода, что обусловливает повышение выходной мощности инвертора.На цертеже дана принципиальная схема инвертора.Схема включает источник 1 питания,зарядные тиристоры 2 и 3, импульсныетрансформаторы (ИТ) 4 и 5, зарядныечасти первичных обмоток 6 и 7 трансформаторов, разрядные части первичныхобмоток 8 и 9, разрядные тиристоры 10и 11, коммутирующий конденсатор 12,двухпозиционный переключатель 13, вентильный элемент 14, выводы 15 и 1650инвертьра, нагрузку 17, шунтироааннуюдиодом 18, вторичные обмотки 19 и 20трансформаторов, которые подключенык дополнительным выходным выводам 21и 22 инвертора (п -,число тиристоров,подключенных к отпайкам параллельносоединенных первичных обмоток),Высокочастотный инвертор работаетследующим образом. 986В случае соединения подвижного контакта двухпозиционного переключателя с катодом перезарядного тиристора и использования в качестве вентильного элемента диода при включении тиристора 2 происходит заряд коммутирующего конденсатора по цепи: плюс источника питания - зарядный тиристор 2 - обмотки б и 7 - конденсатор 12 - двухпозиционный .переключатель 13 - минус источника питания. Как в первичных, так и во вторичных обмотках наводятся ЭДС, причем к выводу 16 ЭДС будет прикладываться положительной полярностью, а к выводу 15 - отрицательной полярностью, соответственно ЭДС определенных полярностей будут и во вторичных обмотках 19 и 20 и выходных выводах 21 и 22. При этом вентильный элемент 14 окажется подключенным в непроводящем направлении и на нагрузке 17 напряжение будет отсутствовать. Когда напряжение на конденсаторе 12 станет равным напряжению источника питания, полярность наводимых в обмотках ЭДС изменится на противоположную. Далее заряд конденсатора продолжается за счет ЭДС самоиндукции зарядных частей обмоток 6 и 7 до определенного значения, большего напряжения источника питания. При этом полярности ЭДС как в первичных, так и во вторичных обмотках будут соответственно изменяться на противоположные. В этом случае вентильный элемент 14 окажется включенным в прямом направлении и на на груэке появятся напряжения, индуктированные в первичных обмотках (до отпа" ек). После полного заряда конденсато" оа 12 тиристор 2 выклюцится и восста" новится его запирающее свойство. Далее включается перезарядный тиристор10 и создается путь до разряда конденсатора 12 по цепи: обмотки 8 и 9 тиристор 10 - переключатель 13. В первичных и вторичных обмотках соответственно будут наводиться ЗДС, которые прикладываются к еентильному элементу 14 в непроводящем направлении, ина нагрузке 17 напряжение будет отсутствовать, а в дополнительных выходных выводах 21 и 22 инвертора будут наво- диться ЭДС определенных полярностей. Когда напряжение на конденсаторе 12 станет равным нулю, полярности наводимых в обмотках 8 и 9 ЭДС изменятся на противоположные и далее перезаряд конденсатора будет продолжаться за счет ЭДС самоиндукции этих же обмо 978298ток до определенного значения, определяемого параметрами разрядных цепей. При этом полярности ЭДС соответственно как в первичных, так и во вторицных обмотках будут изменяться на 5противоположные знацения и, следовательно, вентильный элемент 11 окажется вклюценным в прямом направлении ина нагрузке вновь появятся напряжения, индуктированные в первицных обмотках (до отпаек).После полного перезаряда конденсатора 12 в обратной полярности тиристор 10 выклюцится и церез определенное время восстановится его запирающее устройство,(огда напряжение на нагрузке отсутствует, ток самоиндукции замыкаетсячерез диод 18.Через время Т (считая с момента 2 Оподаци управляющего импульса на тиристор 10) включается тиристор 3 ицикл повторяется. Соответственно через указанное время вклюцается тиристор 11. 25Таким образом при каждом включении зарядного и разрядного тиристоровна выходных выводах 15 и 16 формируются два однополярных синусоидальныхимпульса, амплитуды которых определяются по положению отпаек, а на дополнительных выводах 21 и 22 обеспечиваются двухполярные импульсы напряжениядвойной цастоты,Велицина напряжений на выходныхвыводах при включений зарядного и раз.рядного тиристоров будут отличаться,так как в первом случае конденсаторзаряжается от источника питания, аво втором слуцае происходит перезаряд щэтого же конденсатора.Для обеспечения одинаковой величи"ны напряжений при включении тиристоров 2 и 10 подвижный контакт переключателя 13, к которому подключена другая обкладка конденсатора 12, соединяется со средней точкой источника питания. В этом случае схема работаетследующим образом, При включении тиристора 2 происходит заряд коммутиру Оющего конденсатора 12 от первой половины источника питания (напряжение-ипбудет равно ип по цепи; плюс истоцни 2ка питания - тиристор 2 - обмотки 6 и557 - конденсатор 12 - переключатель 13 средняя точка источника питания, Соответственно на выходных выводах 15 и16 окажутся ЭДС определенных полярностей, как было рассмотрено выше, причем если вентильный элемент окажетсявключенным в прямом направлении, тона нагрузке 17 появятся однополярныеимпульсы. При включении тиристора 10происходит переэаряд конденсатора 12по цепи; "средняя точка" источникапитания - переключатель 13 - конденсатор 12 - обмотки 8 и 9 - тиристор10 - минус источника питания, Соответственно на вь 1 ходных выводах 15 и16, а также выводах 21 и 22 появятсяЭДС определенных полярностей аналогицно предыдущему режиму.Таким образом цикл повторяется, ипри каждом вклюцении тиристоров 2 и10 на выходных выводах, т, е, на нагрузке, появляются два однополярныхимпульса напряжения с одинаковыми величинами амплитуд. Соответственно вдополнительных выходных выводах 21 и22 окажутся двухполярные импульсыдвойной цастоты, определяемые из соотношения (3),Для изменения величины напряженияоднополярных импульсов, а также получения разных амплитуд напряжения нанагрузке в качестве вентильного элемента используются тиристоры, которыеподключаются к соответствующим отпайкам первичных обмоток, а угол вклюцения этих тиристоров изменяется по определенному закону. Синхронизация иселективность включения могут бытьобеспечены при помощи напряжения свыходных выводов 21 и 22.В качестве вентильного элемента используется динистор. В этом случае нанагрузке 17 обеспечивается напряжение, ограниченное пороговой величинойданного динистора,Формула изобретения1. Высокочастотный инвертор, содержащий подклюценные к выводам истоцника литания, последовательно соединенные через первичную обмотку импульсного трансформатора зарядный и пере- зарядный тиристоры, вентильный элемент и коммутирующий конденсатор, одна обкладка которого соединена со средней точкой первичной обмотки, а другая - с одним из выводов источника питания, о т л и ц а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем гки":чения различной формы выходного напр; .ния9 9829и расширения диапазона регулированиявыходного напряжения, он снабжен двухпозиционным переключателем и дополнительным выводом для подключения средней точки источника питания, причем зупомянутая другая обкладка коммутирующего конденсатора соединена с общимконтактом двухпозиционного переклюцаеля один его неподвижный контакт содинен с указанным дополнительным вы Оводом, другой неподвижный контакт -с катодом перезарядного тиристора,прицем первичная обмотка выполнена сотпайками, одна из которых соединеначерез вклюценный в прямом направлении 1 фупомянутый вентильный элемент с однимиз выходных выводов инвертора, к другому из которых подсоединен катод зарядного тиристора, а вторичная обмотка импульсного трансформатора подсоединена к дополнительным выходным выводам инвертора.2, Инвертор по и. 1, о т л и ц а -ю щ и й с я тем, что в качестве вентильного элемента использован тиристор.3, Инвертор по и. 2, о т л и ц а,ю щ и й с я тем, что он снабжен дополнительными П -тиристорами, через каждый из которых соответствующая отпайка первичной обмотки подключена к ука-.занному одному выходному выводу инвертора,8 оИнвертор по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, цто в качестве вентильного элемента использован динистор.5. Инвертор по пп. 1-1, о т л иц а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения предела частоты следования импульсов, к зарядному и разрядному тиристорам подключаются две группы из Й-параллельных тиристоров, причем импульсы управления каждым тиристором сдвинуты относительно друг друга во времени. 6. Инвертор по пп 1-5 о т л ич а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения выходной мощности при сохранении предельного значения выходнои частоты, параллельно первичной обмотке трансформатора подключены первичные обмотки дополнительно введенных К-трансформаторов, вторичные обмотки которых подключены параллельно выходным выводам. Источники информации,принятые во внимание при экспертиве1. Справочник по преобразовательной технике. Под ред. чл. корр. АНУССР Чиженко И.М. Киев, "Техника",1978, с. 182, рис. .8 а,2. Авторское свидетельство СССРМ 551777, кл. Н 02 М 3/135 ф 1975.Пекар Ред 236(72 Проектн г. Ужгород лиал ППП "Па Тираж 721ВНИИПИ Государственного копо делан изобретений и.о 113035, Москва, %-35, Рауаска Подписноеитета СССРкрытийнаб., д /5