Инвертор

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1223850 4 Н 02 М 7/51 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ПИСА ЗОБРЕТЕНИЯ ййдд; ПАТЕНТУ тем, что, с отерь энерг ч а ь я имизирования ввеапряже коммучка для ограничени дена це ния, по тирующе почка с ключенная пар у конденсатор стоит из диод ельно м ценого э ключ ния, и ограни ечно источнику тельного элемента.2. Инвертор по и. и й с я тем, что отлича аничительный виде тиристора,д которого подму аноду через лемент выполнен в управляющииключен к с электр ственн емент. ороговыи 3. Ин р по м, чющии с тем выполнен элемент 5 И(71) Термал Дайнемикс Корпорейшн (08) (72)Джон Бенгт Геран Хедберг (БЕ) (53) 621,314.572(088.8)(56) Авторское свидетельство СССР В 262253, кл. Н 02 М 7/515, 1968Авторское свидетельство СССР Р 803090, кл. Н 02 М 7/515, 1978.Нежданов Н.В. Инверторы на тиристорах.М-Л.:Энергия,1965,с.51,рис.15. (54)(57) 1. ИНВЕРТОР, содержащий два последовательно включенных тиристора, подсоединенных между входными выводами, при этом общая точка тиристоров соединена с первым выводом первичной обмотки нагрузочного трансформатора, второй вывод которой подсоединен к входным выводам через соответствующий коммутирующий конденсатор, о т л и0 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразовательной технике, и может быть использовано в преобразователях с большой кратностью изменения нагрузки, например при сварочных работах.Цель изобретения - минимизирование потерь энергии в инверторе.На фиг,1 изображена схема соединения инвертора, содержащего средство ограничения напряжения; на фиг.2 схема соединения контура управления, предназначенного для использования совместно с инвертором; на фиг.3 и 4 - кривые напряжения - время и ток - время, получающееся при нормальной работе инвертора и при работе с малыми нагрузками, если не предусмотрено средство ограничения напряжения; на фиг, 5 - кривые напряжения - время и ток - время, получающееся при работе инвертора при малой нагрузке, снабженного средством ограничения напряже - ния; на фиг.6 и 7 - модификации средства ограничения напряжения; на фиг.8 кривые напряжения - время и ток - время, получающееся при работе преобразователя при малой нагрузке и снабженного средством ограничения напряжения.Инвертор (фиг.1) подключают к источнику питания трехфазным переменным током. Входной ток выпрямляется шестью элементами выпрямителя 1, причем выпрямленное выходное напряжение на входных выводах 2 и 3 выравнивается буферным конденсатором 4, и преобразователь имеет низкое входное полное сопротивление вследствие близкого расположения элементов 1 - 4. Коммутационные элементы инвертора представляют собой тиристоры 5 и 6, включающиеся поочередно. Трансформатор 7 преобразователя частоты имеет первичную обмотку 8, соединенную с нагрузочными конденсаторами 9 и 10, и вторичную обмотку 11, соединенную с выходными выводами 12 и 13 через выпрямительный мост 14 и дроссель 15. Два конца нагрузки (державка сварочного электрода и свариваемое изделие) могут присоединяться к выводам 12 и 13. Между выводами 12 и 13 установлен конденсатор 16, который при использовании инвертора в качестве источника сварочного тока может служить для поддержания требуеь 1 ого напряжения разомкнутого контура,Шунт 17 предусмотрен для измерениятока нагрузки, причем снятое с шунтанапряжение используется лля управле-.ния преобразователем частоты.В контуре управления (фиг.2) одинконец шунта 17 заземлен, а другойсоединен с усилителем 18, которыйусиливает сигнал, снятый с шунта,от милливольт до вольт. Усилитель 18соединен через сопротивление 19 сравнения с устройством регулировки тока в виде потенциометра 20 с усилителем 21, который является детектором уровня. Регулирующее ток устройство 22 предназначено для установки требуемого тока на выходе инвертора, Установка требуемого максимального выходного напряжения инвертора обеспечивается устройством регулировки напряжения в виде потенциометра, соединенного через сопротивпение 23 сравнения с выводом 13 инвертора и усилителем 24, служащим вкачестве детектора уровня,Управление состоянием тиристоров5 и 6 обеспечивается чувствительнымконтуром, содержащим трансформатор25, первичная обмотка которого соединена через диоды 26 и 27 с анодами(диоды) и катодами (обмотки) тиристоров 5 и 6 соответственно. Один конецвторичной обмотки трансформатора 25заземлен, другой соединен с контуромсравнения, соедержащем два резистора28 и 29, причем резистор 29 однимконцом соединен с источником постоянного отрицательного напряжения. Общаяточка резисторов 28 и 29 соединенас усилителем 30, который служит вкачестве детектора уровня и порогсрабатывания которого определяетсярезисторами 28 и 29 и напряжением источника отрицательного напряжения.Каждый из усилителей 21, 24 и 30 соединен с соответствующим выводом 3133 вентиля 34, Элемент 35 работаетизвестным образом и может обеспечитьвыходной сигнал, если выходной сигналс усилителя 21; если от усилителей24 и 30 - положительный, т.е. когдаток нагрузки, измеренный шунтом 17,меньше величины, на которую установлено регулирующее устройство 22(нагрузочное напряжение на выводе 13меньше величины, установленной нарегулирующем устройстве напряжения,а анодное напряжение одного из тиристоров 5 или 6 отрицательно относительно его катода, что в свою очередь35 3 1223 означает, что оба тиристора 5 и 6 закрыты).Выход вентиля 34 соединен с входом моностабильного триггера 36, который имеет заданный период. импульса, соответствующий времени восстановления тиристоров 5 и 6, например 30 мкс, Таким образом на инверсном выходе триггера 36 получают импульс положительного напряжения с периодом времени восстановления тиристоров 5 и 6. Импульс подается на триггерный вход Т триггера 37, в результате чего триг. гер 37 меняет состояние на его выходах в конце импульса, поступающего ,с триггера 36. Прямой и инверсный выходы триггера 37 соответственно соединены с базами транзисторов 38 и 39 через конденсаторы 40 и 41. Эмиттеры транзисторов 38 и 39 заземлены, а коллекторы соединены с первичными обмотками трансформаторов 42 и 43 возбуждения управляющих выводов тиристоров 5 и 6. Другие концы первичных обмоток трансформаторов 42 и 43 подсоединены к источнику с заданным положительным потенциалом. Сигналы с выкодов триггера 37 поочередно подаются на транзисторы 38 и 39, проходя через конденсаторы 40 и 41 за короткий период времени, определяемый конденсаторами 40 и 41, с тем, что,бы тиристоры 5 и 6 поочередно получали короткий импульс включения и поочередно, переключаясь, создавали переменный ток, частота которого определяется входными сигналами. на входах 31-33 вентиля 34.На фиг3 показаны напряжения УА 6, 010 соответственно на аноде тиристора 6 и в общей точке конденсаторов 9 и 10, а также напряжение 08 на первичной обмотке 8 трансформатора 7 при нормальной нагрузке на выкоде инвертора. На фиг.З также показан выходной ток 1 выходные токи 1 , (последний показан пунктирными линиями) тиристоров 5 и 6;- момент времени, когда тиристор 5 открыт,- момент времени, когда тиристор 5 обесточен и напряжение между его анодом и катодом возникает эа счет действия резонансного конту-ра - первичной обмотки 8 трансформатора 7 и конденсаторов 9 и 10; йь момент времени, когда включен тиристор 6,- момент времени, когда . тиристор 6 обесточен и его анод становится отрицательным в результате 850 4действия резонансного контура 8-10.- момент времени, когда тиристор5 вторично включается, после чегоцикл повторяется, обеспечивая то,что нагрузка остается, в основном,неизменной.На фиг.4 представлены кривые токаи напряжения, когда выходной ток инвертора мал и /или выходное напряжение высоко.Очевидно, что когда выходной токмал, для перезарядки нагрузочных конденсаторов 9 и 10 требуется длительный промежуток времени. Это приводитк насьпцению трансформатора 7 и возникновению на нем токовых перегрузок (показано пиками задних фронтовформ волны, изображающих токи 1,1), Такое насьпцение также вызываетвыброс напряжения П 8, создавая высокое напряжение УА 6 на конденсаторах9 и 10, при ближайшем последующемимпульсе (С) дальнейший выброс трансформаторного напряжения еще большенарастает, благодаря чему возникаетлавинный эффект для напряжений УА 6,010, У 8, приводя к разрушению элемента инвертора из-за перенапряжения.Чтобы этого избежать, инвертор снабжают средством, ограничивающим напряжение между первичной обмоткой трансформатора 7 и нагрузочными конденсаторами 9 и 10 до заданной величинывьппе напряжения на входных проводах 2 и 3.Средство ограничения напряжения(фиг.1) содержит два контура, которыевключают в себя, соответственно,опорные диоды 44 и 45, защитные резисторы 46 и 47, ограничивающие токи,и диоды 48 и 49, блокирующие ток впрямом направлении опорных диодов.Запирающее напряжение опорных диодов44 и 45 подбирают таким образом, чтобы оно было несколько ниже наивысшего напряжения, при котором напряжение010 в общей точке конденсаторов 9 и10 может превышать питающее напряжение на выводах 2 и 3,Таким образом, когда напряжение010 превышает напряжение на выводе 2или кратковременно падает ниже напряжения на выводе 3 на величину, соответствующую запирающему напряжениюопорных диодов 44 и 45, ток можетпротекать по контуру 46, 44 и 48 кшине 2 и с противоположной полярностью в общей точке конденсаторов 9 и10 потечет по контуру 47, 45 и 49 отшины 3. Опорные диоды 44 и 45 могут быть заменены варисторами 50 и 51.Согласно другому варианту исполнения контура ограничения напряжения (фиг.1) резисторы 46 и 47 заменяют одним резистором 52. Опорные диоды 44 и 45 соединены встречно-последовательно, а диоды 48 и 49 установлены аналогично описанному. Кроме того 10 (показано пунктиром), опорные диоды 44 и 45 могут быть заменены одним варистором 53. Как показано пунктирной линией 54 на фиг.1, 6 и 7, контуры ограничения напряжения могут, как вариант, быть подсоединены к части первичной обмотки 8 трансформатора 7.Когда применяется любой из защитных контуров (фиг.1 и 6)формы воли напряжения и тока получаются при малой нагрузке, т.е. малый выходной ток и/или высокое выходное напряжение на выходных выводах преобразователя частоты. Напряжение 1110 не рас тет лавинообразно (фиг,5), а ограничено одной величиной, которая превышает напряжение на шине 2 или 3 на величину, соответствующую запирающему напряжению опорных диодов 44 и 45, зо за исключением относительно небольшого и непродолжительного пика напряжения, который создается благодаря падению напряжения на соответствующем защитном резисторе 46, 47 или 52, Таким образом, импульсы тока и напряжения не"изменяются во времени лавинообразно, как показано на фиг.4.Средство ограничения напряжения (фиг.7) содержит два контура, каждый из которых имеет диод 48 или 49 и тиристор 55 или 56. В контуры также входит общий токоограничительный резистор 57. Каждый из тиристоров 55 или 56 связан с цепью запуска, содер 45 жащей токоограничительнцй резистор 58 или 59 и опорный диод 60 или 61. Опорные диоды 60 и б могут быть заменены варисторами.Запирающее напряжение опорных циодов поцбирают таким оразом, чтобы оно было несколько ниже максимальногонапряжения, на которое напряжение 1110 в общей точке конденсаторов 9 и 10 может превышать питающее напряжение на выводах 2 и 3. Таким образом, когда напряжение в этой точке превышает напряжение на шине 2 или падает несколько ниже напряжения на шине 3 на величину, соответствующую запирающему напряжению опорных диодов 60 и 61, тиристор 55 или 56 включатся, ток может течь из указанной точки по контуру 57, 55 и 48 к шине 2 и с противоположной полярностью в общей точке конденсаторов 9 и 10 может течь ио контуру 57, 56 и 49 к шине 13. Когда используется защитный контур(фиг.7), формы волн напряжения и тока (фиг.8) получаются при малой нагрузке, т,е, при малом выходном токеи/или высокомвыходном напряжении навыходных выводахинвертора,Напряжение010 в общей точке конденсаторов 9 и10 не растет лавинообразно (фиг,8),а ограничено величиной, которая превышает напряжение на выводах 2 или3 на величину, соответствующую запирающему напряжению опорных диодов60 и 61, за исключением относительно небольшого и непродолжительногопика напряжения, который создаетсяблагодаря падению напряжения на общем защитном резисторе 5. Таким образом, импульсы тока и напряжения неизменяются во времени лавинообразно,как показано на фиг.4, 1223850одписно иал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 каз 172 ВНИИ8/62 Тираж 631 ПИ Государственного ко по делам изобретений и113035, Москва, Ж, Рауш митета СССР открытий кая наб., д