Автономный инвертор

(46) 15.12.89. Бюл, М 46 (71) Московский энергетический нститут(72) А.И. Царенко и А.Д. Ноник (53) 621.314.572 (088.8) (56) Руденко ВС., Сенько В.И Чиженко И М. Основы преобразоват ной техники. М.: Высшая школа, с. 182.Вальян Р,Х., Сиверс М,А. Тиристорные генераторы и инверторы, Л,: Энергоиздат, Ленинградское отделение, с77, рис3-9.(54) АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразо вательной технике, и может быть исТ пользовано в электротехнологии, зарядных преобразователях, йсточннках питания электрофизических установок, Цель изобретения - параметрическая стабилизация и регулирование мощности, инвертируемой в нагрузку,. повышение надежности работы и улучшение формы инвертированного тока. Устройство содержит основную обмотку 1 токоограничивающего реактора и мост на тиристорах 2-5. Токоограничиваюший реактор снабжен дополнительной обмоткой 8, подключенной к преобразовательному блоку 11, выход которого подключен параллельно нагрузке 6, В инверторе мгновенное зна чение тока любого из элементов непцает тока нагрузки, 5 з.п. ф-лы,Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразова,тельной технике, и может быть использовано в электротехнологии, за,рядных преобразователях, источниках,питания электрофизических установок.Целью изобретения является параметрическая стабилизация и регулирование мощности, инвертируемой внагрузку, повышение надежности работы и улучшение формы инвертированного тока,На Фиг. 1 - 4 приведены принРципиальные схемы автономных инверторов; на фиг.5 и 6 - временные диаг"аммы токов х и напряжений У.Автономный инвертор (фиг,1) содерит последовательно включенные в цепь,постоянного тока источника питанияосновную обмотку 1 токоограничиваюего реактора и мост на тиристорах2-5, в диагональ которого включенысоединенные последовательно нагрузка6 и конденсатор 7. Дополнительную об" 25мотку 8 токоограничивающего реакторашунтируют в направлении от конца кначалу два последовательно соединенныхдополнительных тиристора 9 и 10,входящих в преобразовательный блок 11, З 0начало оЬмотки 1 реактора подключено,к положительному выводу источника пи";тания, средняя точка обмотки 8 подключена к одному выводу нагрузки б,35а общая точка соединения тиристоров9 и 10 - к другому.Преобразователь работает следующим образом.К моменту(фиг,5) конденсатор,заряжен до напряжения источника пи 40тания Е, Ток нагрузки 6 замыкаетсячерез тиристор 10 и соединенную сним половину обмотки 8,- ток навыходе блока 11. В момент с включаются тиристоры 2 и 3, а также подается отпирающий импульсс длительностью, равной полупериоду работы инвертора (Т /2) на тиристор 9.Ток нагрузки х меняет направление иначинает протекать по контуру, содер 0жащему последовательно соединенныеисточник питания Е, оЬмотку 1 реактора, тиристор 2, нагрузку 6, конденсатори тиристор, По этому жеконтуру начинает перезаряжаться конденсатор 7. Тиристор 10 оЬесточивается и к нему прикладывается обратное напряжение, В момент 1 напряжение на конденсаторе достигает значения напряжения источника питания Е и напряжение на обмотках токоограничивающего реактора изменяетзнак. Появляется условие для включения тиристора 9, после чего токнагрузки, сохраняя направление, замыкается через тиристор 9 и соединенную с ннм половину обмотки 8. Остальные элементы инвертора обесточиваются. К тиристорам 2 и 3 прикладывается обратное нлряжение и онивосстанавливают свои управляющиесвойства,В момент 1 включением пары тиристоров 4 и 5 и подачей отпирающего импульса длительностью Т,4 /2 натиристор 10 начинается следующийполупериод инвертирования, Ток нагрузки б изменяет направление и на"чинает протекать по контуру, содержащему последовательно соединенныеисточник питания Е, обмотку 1, тиристор 5, конденсатор 7, нагрузкуб и тиристор 4. Тиристор 9 обесточивается и к нему прикладываетсяобратное напряжение,В моментэ напряжение на конденсаторе достигает значения Е и токнагрузки замыкается через открывшийся тиристор 10 и с: е;,нненную с нимполовину обмотки 8,. Остальные элементы инвертора обесточиваются. Тиристоры 4 и 5 осстанавливают свои запирающие свойства.Б момент Свкпючаются тиристоры2 и 3, подается отпирающий импульсна тиристор 9 и процессы в преобразователе повторяются.В автономном инверторе (фиг.2)д-полнительную обмотку 8 токоограничивающего реактора шунтирует в направлении от конца к началу диагональ постоянного тока моста на дополнительных тиристорах 9, 10, 12, 13,входящего в состав преобразовательного блока 11, Начало обмотки 1 подключено к положительному выводу источника питания, а диагональ пере"менного тока моста на тиристорах 9,10, 12, 13 подключена параллельнонагрузке 6.Преобразователь работает следующим оЬразом,К моменту(фиг,5) конденсаторзаряжен до напряжения источника питания Е. Ток нагрузки 6 замыкаетсячерез тиристор 10, обмотку 8 и тиристор 12. В момент й включаются А 1529381ристоры 2 и 3, а также подаются отпирающие импульсы с длительностью, равной полупериоду работы инвертора, на тиристоры 9 и 13. Ток нагрузки Меняет направление и начинает протекать по контуру, содержащему последовательно соединенные источник питания, обмотку 1 реактора, тиристор 2, нагрузку 6, конденсатор 7 и тиристор 3. По этому ж. контуру начинает перезаряжаться конденсатор 7. Тиристоры 10 и 12 обесточиваются и к ним прикладывается обратное напряже- ние.В момент ". напряжение на конден(саторе достигает значения напряжения источника питания Е и напряжение на обмотках токоограничивающего реактора изменяет знак. Ток нагрузки начинает замыкаться через тиристоры 9 и 13, а также оЬмотку 8. Остальные элементы инвертора обесточкваются. К тиристораг", 2 и 3 прикладывается обрагное напряженке.В момент 1включением пары тиристоров 4 и 5 и подачей отпирающих импульсов длительностью Т/2 на тиристоры 10 и 12 начинается следующий полупериод инвертирования. Ток нагрузки 6 изменяет направление и начинает протекать по контуру, содержащему последовательно соединенные источник питания, обмотку 1, тиристор 5, конденсатор 7, нагрузку 6 и тиристор 4Тиристоры 9 и 13 обесточиваются и к ним прикладывается обратное напряжение.В моментнапряжение на конденсаторе достигает значения Е и ток нагрузки замыкается через открывшиеся тиристоры 10 и 12, а также обмотку 8. Остальные элементы обесточиваются.В момент й включаются тиристоры2 и 3, подаются отпирающие импульсына тиристоры 9 и 13, и процессы впреобразователе повторяются.Автономный инвертор (фиг.3) дополняется обмоткой сброса 14, подключенной параллельно источнику питаниячерез оЬратный диод 15, включенныйвстречно по отношению к источнику.ПреоЬразователь работает следующим образом,Диод 15 нормально заперт, и дополнительная цепочка не оказываетвлияния на работу преобразователя,При резком уменьшении нагрузки 65 ннверТот же эффект достигается включением параллельно нагрузке 6 дополнйтельного конденсатора 16 (фиг,4),ПреоЬразователь функционирует аналогично, но дополнительные тиристорыоднооперационные, причем конденсатор16 осуществляет устойчивую взаимокоммутацию тиристоров 9 (9, 13) и 10 50(1 О, 13); к моменту включения следующей пары этих тиристоров конденсатор 16 заряжается встречно по отношению к уже работавшей паре и послевключения очередиго ,очередной пары) тиристора поддерживает по предыдущему (предыдущей паре) обратноенапряжение до восстановления им(имн) управляющих свойств,20 25 30 35 40 увеличивается напряжение на обмотках реактора и при достижении напряжения на обмотке 8 величины Б .=Ыд- Е - где У и И, - число витковиобмоток 8 и 14 соответственно, диод 15 открывается, н излишек энергии, накопившейся в реакторе, сЬрасывг вается" обмогкой 14 через диод 15 в источник питания.Исполненгг в автономном торе дополнительных тиристоров дв хоперациоггнь:и:т позволяет стабилизовать и регулировать передаваемуюмощность при постоянной частоте инвертирования.До момента С (фиг,6) процессы аналогичны гышеописанным. В момен времени 1, ток нагрузки замыкается через тиристор 9 (9, 13) и соединенную с ним половину обмотки 8, Вмомент С( подается одновременно запирающий импульс на двухоперационный тиркстор 9 (9, 13) и отпирающий на двухоперационный тиристор 10 (10, 12). В резулы ате ток нагрузки 6 меняет направление и замы-. кается уже через двухоперационный тиристор 10 (10,12) и соединенную с нкм половину обмотки 8. В моментподаются импульсы: отпирающий - на тиристор 9 (9, 13) к .запирающий - на тиристор 10 (10,12), ток нагрузки снова изменяется в направлении и замыкается по гой же цепи, как и в момент Г и т.д. вплоть до момента. Б момент 1 открывается следующая пара тиристоров 4 и 5, и процессьг в преобразователе повторяются.Энергия, передаваемая автономным нвертором за период инвертирования (Тр ) в нагрузку, определяется выражениемИ = 2 СЕ 2 + 2 СЕ Ц(К р - 1),,де С - емкость конденсатора 7;Бр - напряжение на нагрузке 6;КтрВде Ю, и И - число витков обмоток1 и 8 соответственно,Мощность, передаваемая инвертором в нагрузку, составит20где й рра - частота инвертированияКак следует из приведенных выраений, при К= 1 мощность, передаваемая устройством в нагрузку, равнаР = 2 СЕ 2 К н и не зависит от параметров нагрузки, что при постоянстве параметров С, Е и Ерр обеспечивает параметрическую стабилизациюмощности в нагрузке. ЗСРегулирование выходного тока и,напряжения возможно как частотным;способом, так и дискретно переклю,чением отводов обмоток реактора, изменяя таким образом К35В автономном инверторе мгновенноезначение тока любого из элементовне превышает тока нагрузки, нет необходимости обеспечивать подготовительный заряд конденсатора 7 в пусковых режимах, ослаблено либо отсутствует при К = 1 влияние нагрузки на режим работы преобразователя. Отмеченные особенности автономного инвертора определяют их высокую надежность при изменении нагрузки в широких пределах, вплоть докороткого замыкания,Потребители энергии в электротехнологии, зарядных преобразователях,электрофизических установках питаютсячасто постоянным сглаженным током.Если нагрузка 6 представляет собойцепочку трансформатор - выпрямитель -фильтр - потребитель, то в этом случае 55оптимальной будет близкая к прямоугольной форма инвертированного токатак как при это 1 ч упрощается фильтрация тока после выпрямления и улучшается использование вентильного оборудования. Как видно из фиг,5 при достаточной величине нндуктивности токоограничивающего реактора автономныйинвертор обеспечивает именно такуюулучшенную по сравнению с прототипомформу инвертированного тока.Поскольку ток в нагрузке не можетпретерпевать резких изменений (последовательно с нагрузкой всегда оказывается включенным ток.:ограничивающийреактор), скачкообразное уменьшениенагрузки приводит к соответствующимскачкам напряжения как на нагрузке,так и на элементах схемы, Введениеобмотки 14 и диода 15 позволяет заведомо ограничить уровень перенапрягжений величиной Б = Е и, такимобразом, повысить надежность работысхемы при резких уменьшениях нагрузки, которые особенно характерны дляпотребителей в электрофизике и электротехнологии,Основной способ регулирования инвертора - частотный, что в случаеприменения согласующего трансформатора на выходе инвертора приводит ксущественному увеличению его габаритов при работе на и;ь."; уровнях мощности.Замена однооперационных тиристоров двухоперационными позволяет поддерживать постоянной частоту инвертирования, регулируя при этом мощностьв нагрузке частотой перезаряда конденсатора 7.Конденсатор 16, включенный параллельно нагрузке, позволяет устойчивовзаимокоммутировать дополнительные однооперационные тиристоры 9, 10 12и 13) и таким образом решать задачуподдержания постоянства частоты инвертирования, не прибегая к заменеоднооперационных тиристоров двухоперационными. Кроме того, конденсатор16 обеспечивает обратное напряжениена тиристорах 2-5 мостах при их переключении, повышая надежность работы.Формула изобретения1. Автономный инвертор, содержащий подключенный к входным выводам через обмотку токоограничивающего реактора тиристорный мост, в диагональ переменного тока которого включены соединенные последовательно цепь на 1529381грузки и конденсатор, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью параметрической стабилизации и регулированиямощности, инвертируемой в нагрузку,повышения надежности работы и улучшения формы инвертированного тока, реактор снабжен дополнительной обмоткой и введен преобразовательный блокпеременного тока в переменный, подклюОченный своим входом к дополнительной обмотке, а выходом - параллельно цепи нагрузки.2. Инвертор по п.1, о т л и ч а ющ и й с. я тем, что преобразовательный блок выполнен в виде двух последовательно соединенных дополнительныхтиристоров, шунтирующих дополнительную обмотку реактора, выполненную сосредней точкой, в направлении от конца к началу, начало обмотки реактораподключено к положительному входномувыводу, а к выводам цепи нагрузкиподключены средняя точка дополнительной обмотки реактора и общая точка 25соединения дополнигельных тиристоровпреобразовательного блока,3. Инвертор по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что преобразовательный блок выполнен в виде дополнительного тиристорного моста, диагональю постоянного тока шунтирующегодополнительную обмотку от конца кначалу, начало основной обмотки реактора подключено к положительномувходному выводу, а диагональ переменного тока дополнительного тиристорного моста подключена параллельно цепинагрузки. 4, Инвертор по пп. 1-3, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности работы при резком уменьшении нагрузки, токоограничивающий реактор снабжен обмоткой сброса энергии, подключенной пар. члельно входным выводам через введенный обратный диод.5, Инвертор по пп. 1-4; о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью стабилизации и регулирования выходной мощности при постоянной частот. инвертирования,тиристоры преобразовательного блока выполнены двухогерационными,6. Инвертор по пп. 1-4, о т л ич а ю щ и й с я тем, что параллельно цепи нагрузки включен введенный дополнительный конденсатср.Ф с / ВуУю,з Ую Уэ Чю г 1 у У 9 УО Уючт)г.Е