Автономный инвертор

(23) Приоритет пе делам нзебретеннй н аткрьпийОпубликовано 28.02,83. Бюллетень 8 Дата опубликования описания 28,02,83( 54) АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР 1Изобретение относится к преобразовательной технике и может найти применение в установках повышенной частоты, например, в качестве источника питания ультразвуковых магнитострикционных преобразователей, а также. других потребителей тока ультразвуковой частоты.Известны многоячейковые автономные инверторы, содержащие тиристорные мосты с коммутирующими конденсатора 1 о ми в диагонали переменного тока, коммутирующие дроссели, включенные между указанными мостами, входные дроссели и конденсаторы фильтра, а также встречные диоды. Нагрузка в этих инверторах включается либо в цепь фильтровых конденсаторов 1 1 либо между средней точкой коммутируюшего дросселя и обшей точкой двух последовательно включенных фильтровых конденсаторов 2 3 . 2 оНаиболее близок к предлагаемому инвертор, содержащий два тиристорных моста с коммутирующими конденсаторами в диагоналях переменного тока, один 2из которых через встречный диод со стороны анодной вершины, а другой через встречный диод со стороны катодной вершины подключены параллельно с конденсатором фильтра к зажимам источника постоянного тока после входных дросселей, между точками соединения встречных диодов с вершинами мостов включена последовательная цепочка из двух коммутирующих дросселей и нагрузки между ними, подключаемой непосредственно или через нагрузочный трансформатор3 1.В известном инверторе напряжение на элементах схемы ограничивается благодаря сбросу излишней энергии с коммутирующих дросселей с помошью встречных диодов, однако частота выходного тока лишь в 2 раза больше частоты включения тиристоров, что ограничивает верхнюю границу их частотного диапазона.Бель изобретения - расширение верхней границы частотного диапазона.1001Указанная цель достигается тем,инвертор, содержащий подключенные квходным выводам через дроссели фильтра две цепочки, состоящие каждая изпоследовательно соединенных тиристорного моста с коммутирующим конденсатором в диагонали переменного тока идиода, включенного в обратном направлении, причем анод диода первой цепочки подключеч через один из упомянутых 10дросселей фильтра к отрицательномувходному выводу, а его катод - к первому концу одного коммутирующегодросселя; катод диода второй цепочкичерез другой из упомянутых дросселей 15фильтра соединен с положительным входным выводом, а его анод - с первымконцом дугого коммутирующего дросселя, причем вторые концы коммутируклцих дросселей подключены к первичной обмотке выходного трансформатора,снабжен двумя последовательными , С-цепочками, одни концы которых соединены соответственно с анодом диодапервой и катодом диода второй цепочек,а другие их концы - с первичной обмоткой выходного трансформатора,Первичная обмотка выходного трансформатора может быть включена междукоммутирующими дросселями и выполнена со средним выводом, подключеннымк другим концам 1 С - цепочек.Первичная обмотка выходного трансформатора включена между коммутирующими дросселями и соединена концами35с упомянутыми другими концами соответствующих , С-цепочек, конденсаторы которых выполняют роль входногофильтруюшего конденсатора.Кроме того, первичная обмотка вы 40холного трансформатора включена междуЬ С-цепочками и выполнена со среднимвыводом,соединенным с вторыми концамикоммутирующих дросселей, а роль входного фильтруюшего конденсатора выпол 45няют конденсаторыС-цепочек, причемво всех схемах коммутирующие дросселимогут быть магнитно связаны,На фиг, 1 - 3 представлены схемыавтономного инвертора,50Инвертор (фиг. 1) состоит из двух инвертируюшнх мостов, выполненных на тиристорах 1 - 8 с коммутирующими конденсаторами 9 и 10 в диагоналях переменного тока, первый из которых через диод 11, а второй через диод 12 подключены параллельно входному фильтруюшему конденсатору 13 к входным вы 3844водам через дроссели 14 и 15 фильтра,двух коммутирующих дросселей 16 и 17,подключенных одними концами к точкамсоединения встречных диодов. с мостами, а другими концами - к первичной обмотке выходного трансформатора 18, ко вторичной обмотке которого подключена нагуузка 19, двух последовательных .С-цепочек, состоящих из разделительных конденсаторов 20 и 21 и защитных дросселей 22 и 23, включенных последовательно между входными выводами после дросселей фильтра, а их общая точка соединена со средним выводом первичной обмотки выходного трансформатора.В автономном инверторе по фиг. 2 последовательные ЬС -цепочки включены между входными выводами после дросселей фильтра и соответствующими выходными выводами, Конденсатор 13 из схемы исключен, его функцию выполняют конденсаторы С-цепочек.В варианте схемы автономного инвертора по фиг, 3 в отличие от схемы, приведенной на фнг. 2, коммутирующие дроссели 16 и 17 соединены последоватепьно и их общая точка подключена к средней точке первичной обмотки выход- ного трансформатора 18,Автономный инвертор работает следующим образом.В установившемся режиме к начальному моменту времени включения тиристоров 1 и 4 первого моста конденсаторы (фиг, 1) заряжены с полярностью, указанной на чертеже, Конденсатор фильтра 13 заряжен до напряжения источника постоянного тока, При включении тиристоров 1 и 4 коммутирующий конденсатор 9 перезаряжается по цепям: 9-4-16-18- -20-22-1-9 и 9-4-16-18-23-21-13- -1-9, Параметры элементов цепей выбраны таким образом, что ток перезаряда коммутирующего конденсатора имеет колебательный характер. После того, как напряжение на коммутирующем конденсаторе 9 сменит знак и достигнет величины напряжения на конденсаторе 13, происходит коммутация тока с тиристоров 1 и 4 на диод 11, тиристоры 1 и 4 выключаются, ограничивая дальнейший рост напряжения на конденсаторе 9, а токи коммутируюшегс дросселя 16 и защитных дросселей 22 и 23 замыкаются по цепям; 16-18-20-22-.-13-11-16 и 16-18-23-21-11-16. За время работы тиристоров 1 и 4 и% 1001 диода 11 через левую по схеме первичную полуобмотку выходного трансформатора 18 протекает полуводна синусоидального тока в направлении, указанном на фиг. 1 стрелкой. При этом в нагруз- з ке 19 формируется первый период выходного тока. Затем включаются тиристоры 5 и 8 второго моста и коммутирующий конденсатор 10 перезаряжается по цепям;10-8-21-23-18-17-5-10 и 10-8-13- 10 -22-20-28-17-5-10, После того,как напряжение на конденсаторе 10 сменит знак и достигнет величины напряжения на конденсаторе 13, происходит коммутация .тока с тиристоров 5 и 8 на диод 12, тирнсторы 5 и 8 выключаются, ограничивая дальнейший рост напряжения на конденсаторе 10, а токи коммутнруюш го дросселя 17 и защитных дросселей 22 и 23 замыкаются по цепям: 17-12- 20 -22-20-18-17 и 17-12-13-21-23-18- -17. За время работы тиристоров 5 и 8 н диода 12 через правую по схеме первичную полуобмотку выходного трансформатора 18 протекает полуволна синусои дального тока в направлении указанномна фиг. 1 стрелкой. При этом в нагрузке 19 формируется второй период выходного тока.К моменту времени включения тирис торов 2 и 3 первого моста заканчивается первый полуцикл работы инверторов, в течение которого в нагрузке сформировано два периода выходного тока. При работе тиристоров 2 и 3, а затем 6 и 735 происходят аналогичные процессы пере- заряда коммутирующих конденсаторов 9и 10 и в нагрузке формируется еше два периода выходного тока. За полный циклработы инвертора в нагрузке формирует- М 0 ся четыре периода выходного тока.. В отдельных случаях выходной трансформатор может не иметь среднего вывода первичной обмотки или нагрузка подключается к инвертору непосредствен-но без трансформатора, Для достиженияэффекта учетверення выходной частоты втаких схемах подключения нагрузки последовательные 1 С - цепочки необходимо включить между входными выводамиЯ после дросселей фильтра и соответствующими выходными выводами, как это показано на фиг. 2, Однако при этом цепи перезаряда коммутирующих конденсаторов, содержащие конденсатор 13, не замыкаютИ ся через нагрузку, что приводит к дополнительной токовой загрузке тиристоров и снижейию КПО. Поэтому конденсатор 13 целесообразно из схемы исключить. 384 4Инвертор, представленный на фиг, 2, работает следующим образом.При включении тиристоров 1 и 4 происходит колебательный перезаряд конденсатора 9 по цепи: 9-4-16-18-20-22-1- -9, При убывании тока перезаряда,конден- . сатора 9 напряжение на дросселе 16 сменяет знак и при достижении этим напряженнем величины напряжения на конценсато ре 21 включается аиоц 11, а тиристоры. 1 и 4 выключаются, ограничивая дальней ший рост напряжения на конденсаторе 9, Ток дросселя 16 после включения. диода 11 замыкается по цепи: 16-23-21-11- -16. За время работы тиристоров 1 и 4 в нагрузке 19 формируется период выход- ного тока, Затем при поочередной работе тиристоров. 5, 8; 2, 3 и 6, 7 в нагрузке Формируется еще три периода выходного тока, а процессы перезаряда конДенсат( ров 9 и 10 аналогичны тем, что происходили при работе тиристоров 1 и 4,В инверторах выполненных по схемам, приведенным на фиг. 1 .и фиг. 2, через первичную обмотку выходного трансфор/ матора протекает постоянная составляющая входного тока инвертирующих мостов, что требует увеличения установленной мощности трансформатора. Этого можно избежать, если в инверторе, приведенном на фиг, 2, соединить после довательно коммутирующие дроссели 16 и 17, а их общую точку подключить к средней точке выходного трансформатора как это показано на фиг, 3, При этом постоянная составляющая тока протекает через коммутирующие дросселя, минуя цепь нагрузки.При включении тиристоров 1 и 4 в инверторе, изображенном на фиг. 3, конденсатор 9 перезаряжается по цепи: 9-4-1 6-18-20-22-1-9, Ток перезаряда, протекая через верхнюю по схеме первичную полуобмотку выходного транс- форматора 18, формирует в нагрузке 19 прямую полуволну первого периода выходного тока. После включения диода 11 тиристоры 1 и 4 выключаются, а ток коммутирующего дросселя 16 протекает по цепи: 16-18-23-21-11-16 Ток дросселя 16, протекая черезнижнюю по схеме первичную полуобмотку трансформатора 18, формирует в наг- рузке 19 обратную полуволну первого периода выходного тока. Затем при поочередной работе вентилей 5, 8, 12 2, 3, 11 и 6, 7, 12 в нагрузке форм- руется еще три периода выходного то- каеТаким образом, в автономном инвер торе, выполненном в вариантах, представленных на фиг, 1 - 3, достигается учетверение выходной частоты по сраэненик с частотой работы тиристоров, а напряжение на элементах инвертора ограничивается с помощью встречных диодов.Гсли в предлагаемом инверторе коммутирующие дроссели выполнить магнит О но связанными, то при работе одного инвертируюшего моста на коммутирующий дроссель другого моста трансформируется напряжение, смещаюшее напряжение на тиристорах неработающего моста в сторону обратного, что предотвращает преждевременный переход . обратного напряжения на восстанавливающих свою управляемость тиристорах при изменении параметров нагрузки в широких пределах и повышает тем самым, устойчивость работы инвертора в ультразвуковом диапазоне частот.Предлагаемая схема инвертора позво ляет получить частоту выходного тока 44 кГц при выходной мощности 15 кВти использовании в каждом плече инвертирующих мостов одного тиристора типа ТЧ-9 класса. 20 30 Формула изобретения 1, Автономный инвертор, содержащий подключенные к входным выводам через дроссели фильтра две цепочки, состоящие каждая из последовательно соединенных тиристорного моста с коммутирующим конденсатором .в диагонали переменного тока и диода, включенного в обратном направлении причем анод дио 40 да первой цепочки подключен через один из упомянутых дросселей фильтра к отрицательному входному выводу, а его катод - к первому концу одного коммутирующего дросселя, катод диода второй фф цепочки через другой из упомянутых дросселей фильтра соединенс положительным входным выводом, а его анод - спервым концом другого коммутирующего дросселя, причем вторые концы коммути- ф 0 руюших дросселей подключены к первичной обмотке выходного трансформатора, отличаюшийсятем,что, с целью расширения верхней границы частотного диапазона, он снабжен двумя последовательными , С-цепочками, одни концы которых соединены соответствен но с анодом диода первой и катодом диода второй цепочек, а другие их концы - с первичной обмоткой, выходного трансформатора.2. Автономный инвертор по п. 1, о т.л и ч а ю ш и й с я тем, что первичная обмотка выходного трансформатора включена между коммутирующими дросселями и выполнена с средним выводом, подключенным к другим концам 1 С - цепочек.3. Автономный инвертор по п, 1, о т,л и ч а ю ш и й с я тем, что первичная обмотка выходного трансформато ра включена между коммутирующими дросселями и соединена концами с упоммянутыми другими концами соответствующих 1, С - цепочек, конденсаторы которых выполняют роль входного фильтруюшего конденсатора.4, Автономный инвертор по и, 1, о т л и ч а ю ш и й с я темчто первичная обмотка выходного трансформатора включена между С - цепочками и выполнена с средним выводом, соединенным с вторыми концами коммутирующих дросселей, а роль входного фильтруюшего конденсатора выполняют конденсаторы 1 С - цепочек.5. Автономный инвертор по п, 1 - 4, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что ком-, мутирующее дросселя магнитно связаны. Ю Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Канцельсон С. М, и др. Новыесхемы тиристорных инверторов повышенной частоты 8000-10000 Гц. "Тиристорные" преобразователи частоты для индукционного нагрева металлов",- Труды УАИ, вып. 48, Уфа, 1973, С. 72рис. 1 а.2. Авторское свидетельство СССР % 368701, кл. Н 02 М 7/515 1973.3, Уржумсков А. М, и др, Тиристорный преобразователь частоты для вакуумной электротермии. "Разработка и промышленное применение полупроводниковых преобразователей частоты в машиностроеьщи". Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции. М., 1977, . стр, 37.ка ПП Патентф, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 фи 439/70 Тираж 685 ПодписноВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений. и открытий113035, Москва, Ж, Раушская набд, 4/5