Автономный инвертор

 

СО)ОЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН ае (в

ЗСЮ " 02 М 7 515

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 г !

ГОСУДАРСТЭЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3429543/24-07 (22) 27.04.82 (46) 15.02.84. Бюл. Р 6 (72) Е.А. Карпов и В.И. Родинков (71) Винницкий политехнический институт (53) 621. 314. 572 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 379957, кл. Н 02 М 7/515, 1969.

2. Ривкин Г.A. Преобразовательные устройства. M., "Энергия", 1970, с. 236, рис. 10-39. (54) (57). АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР, содержащий связанные с входными выводами две последовательно соединенные силовые цепи, состоящие каждая иэ силового тиристора и обмоткидросселя, причем каждая цепь эашунтирована обратным диодом, а их общая точка образует вывод для подключения цепи нагрузки, два коммутирующих контура, образованных .+ каждый соединенными в кольцо коммутирующими конденсатором, тиристором и обмоткой дросселя, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения КПД, дроссель снабжен общей для обоих контуров коммутации обмоткой подмагничивания, включенной между одной из силовых цепей и входным выводом, при этом коммутирующие конденсаторы соединены в последовательную цепь и подключены к входным выводам, нагрузка, состоящая иэ двух цепей, подключена параллельно обратным диодам, а магнитопровод дросселя выполнен на четырех С-образных сердечниках, причем силовая и коммутирующая обмотки каждой цепи расположены на своем сердечнике, а оба указанных сердечника ориентированы ортогонально двум сердечникам, на которых расположена обмотка подмагничивания.

1073863

Изобретение относится к электро технике, а именно к преобразователь ной технике и может быть использовано для преобразования постоянного напряжения в переменное.

Известен тиристорный инвертор 5

О двухступенчатой коммутацией, коммутирующие дроссели которого выполнены нелинейными с дополнительными

Обмотками, падмагничиваемыми,постоянным током. С целью повышения

КПД и уменьшения габаритов инвертоРй дополнительные обмотки через

Ограничительный дроссель включены

Последовательно в цепь его питания Г1 3.

Недостатками такого ннвертора являются наличие магнитной связи

МЕжду рабочими и .дополнительными

Обмотками, что усложняет работу. устройства, а также необходимость исПользования ограничительного дрос- . селя, что снижает технико-экономические показатели инвертора.

Наиболее близким к предлагаемому

Является автономный инвертор, со4йржащий соединенные с входными

Выводами две последовательно соединенные силовые цепи, содержащие силовые тиристор и обмотку дросселя, каждая цепь зашунтирована обратным

Диодом, общая точка которых образует вывод для подключения нагрузки, два коммутирующих контура, образованных соединенными в кольцо коммути рующими конденсаторами, тиристором и обмоткой дросселя, причем коммутирующая обмотка зашунтирована обратным диодом (2).

Недостатками инвертора являются повышенные потери при разряде дросселя на коммутирующий контур. 40

Цель изобретения — повышение КПД автономного инвертора, расширение его частотного диапазона и функцио:: нальных возможностей.

Поставленная цель достигается 45 тем, что в автономном инверторе, содержащем связанные с входными выводами две последовательно соединенные силовые цепи, состоящие каждая из силового тиристора и обмотки дросселя, причем каждая цепь зашунтирована обратным диодом, а их общая точка образует вывод дпя,подключения цепи нагрузки, два коммутирующих контура, образованных каждый соединенн,и в кольцо ко,утиру щими 55 конденсатором, тиристором и обмоткой дросселя, дроссель снабжен общей для обоих контуров коммутации обмоткой подмагничивания, включенной между одной из силовых цепей и входным выводом, при этом коммутирующие конденсаторы соединены в последовательную цепь и подключены к входным выводам, нагрузка, состоящая из двух цепей, подключена па- 65 раллельио обратным диодам, а магнитопровод дросселя выполнен на четырех С-образных сердечниках, причем силовая и коммутирующая обмотки каждой цепи расположены на своем сердечнике, а оба укаэанных сердечника ориентированы ортогонально по двум сердечникам, на которых рас-. положена обмотка подмагничивания.

При этом в 3-4 раза возрастает добротность дросселя по сравнению с дросселем известной конструкции, что снижает уровень потерь в коммутирующих элементах и расширяет область рабочих частот инвертора, до 2,5 кГц при использовании дросселей, изготовленных иэ обычной электротехнической стали, причем отсутствие магнитной связи между анодной и катсдной обмотками исключает наличие послекоммутационных короткозамкнутых контуров, что также способствует повышению КПД автономного инвертора. Коммутирующий узел позволяет выключать анодный и катодный тиристоры в произвольные моменты времени, что дает возможность модулировать выходное напряжение инвертора по заданному закону и тем самым расширяет его функциональные возможности.

Если магнитная развязка между парами коммутирующих обмоток осущест. вляется путем их вынесения на отдель- . ные С-образные половины магнитопровода, то исключение магнитной связи между этими обмотками и обмоткой подмагничивания происходит за счет их ортогональной ориентации. При этом передача мощности из коммутирующих цепей в силовую цепь инвертора значительно ослаблена и осуществляется только эа счет диагональной составляющей части магнитного потока, создаваемого коммутирующими обмотками.

Конструкция магнитопровода, взятая за основу при проектировании коммутирующего дросселя данного инвертора известна. Однако функциональное назначение известного устройства и устройства, применяемого в предлагаемой схеме автономного инвертора коренным образом отличаются..Дело в том, что параметрические трансформаторы с ортогональной ориентацией магнитных потоков предназначены для передачи мощности и стабилизации уровня выходного сигнала гармонической формы посредством регулирования коэффициента передачи.

Последнее осуществляется при измене- нии тока в обмотке подмагничивания.

В коммутирующем дросселе инвертора обмотка подмагиичивания служит для создания сильного поперечного поля s тех С-образных половинах магнитопровода,. на которых располо1073863

\ жены анрдная и катодная пары обмо- и 18 и подключена параллельно обра ток. Наличие поперечного поля при- ным диодом 8 и 9, магнитопровод водит к значительному снижению по- дросселя 7 выполнен на четы х терезис, вследствие С-образных сердечниках, причем сина четырех чего добротность контуров, состоя- ловая 5 (6 l и коммутирующая 14 (15) щих из конденсато ов к д оров коммутирующего 5 обмотки расположены на своем сеузла, анодной и .като н одной первичных дечнике 19 (201), которые ориентироP обмоток, значительно велич в

При этом к дросселю п е ъ увеличивается. ваны ортогонально двум сердечникам

21 и 22, на которых расположена обдостаточно .жесткие т е в ребования мотка 16 подмагничивания. Узел 23 по ограничению иап д азона изменения 10 коммутации образован двумя конт амй индуктивности этих обмото урам фициеит передачи ме бмоток, а коэф- 10...15 коммутации и дросселем 7. вично р д между анодной пер- Устройство работает след кщ и и вторичной, катодной первич-, образом. им ной и вторичной обмотка и мотками практичес- Переменное напряжение на еопроки не зависит от тока подмагничива- )5 тивлениях нагрузки 17 и 18 формируется путем поочередного открывания

Лля Удовлетворения этих требова- анодного 3 и катодного 4 тиристоров. ний магнитопрово р д дросселя также наиболее простым является случай проектируется с с естве ущ ственными отли- формирования выходного напряжения чиями. В частности, он отличается прямоугольной формы когда длитель20 от известного не только по числу вит- ность открытого состояния анодного ков обмоток, но и увеличенной пло- 3 и катодного 4 тиристоров составщадью контактов С-образных половин ляет 180 эл. град. Например,лри вклю» магнитопроводов. Существенным отли- ченин анодного тиристора 3, ток от чием является и то, что в дросселе источника протекает по анодной втопрактически не наблюдаются парамет- ричной обмотке 5 дросселя 7, через

25 . рические эффекты, наличие которых сопротивление нагрузки 18 % обмотку затрудняет эксплуатацию инвертора . 16 подмагничивания. синхронно с а потоковая связь между анодной. анодным тиристором 3 открывается. и катодной парами обмоток и обмоткой разрядный тиристор 13 и конденсатор подмагничивания выражена значитель- 30 11 начинает колебательный перезаряд через катодную первичную обмотку 15. .Близкая к ортогональной ориента- . При этом во вторичной катодной обмот. ция магнитных потоков дросселя позво- ке 6 наводится импульс напряжения, ляет использовать его многофункцио- направленный встречно напряжению нально. Например, обмотка подмагни- 35 источника питания. Напряжение вто- чивания может быть включена в цепь ричной обмотки 6 прикладывается к нагрузки инвертора и использоваться катодному тиристору 4 и запирает. либо как дополнительная индуктивность его. Накопленная электромагнитная фильтра выходного напряжения, либо энергия за счет тока нагрузки, прокак ограничивающий пусковые токи ре- 40 текающей по катодной вторичной обмотактор. Эффективность подмагничива- . ке 6, расходуется на перезаряд конния при этом не снижается, однако . денсаторов 11 и 10, до момента включисло витков обмотки подмагничива- чения разрядный тиристор 13 заряжен ния должно быть увеличено. до полярности, указанной в скобках.

На фиг. 1 показана схема предла- 45 В момент открывания тиристора 13 гаемого устройства; на фиг. 2 он начинает колебательный перезаряд конструкция магнитопровода дросселя по-цепи: положительный зажим 1 иси размещение обмоток на нем. точника питания — первичная катодАвтономный инвертор содержит свя- ная обмотка 15 - тиристор 13 — отризанные с входными выводами 1 и 2 - цательный зажим 2 источника питания две последовательно соединенные си- и заряжается до напряжения, превы50 ловые цепи, состоящие каждая из си- шающего напряжение источника питания лового тиристора 3 (4 ) и обмотки на величину перезаряда конденсато-

5 (6 l дросселя 7, причем каждая ра 11. Тиристор 13 закрывается есцепь зашунтирована обратным диодом тественным способом при изменении.

8 и 9, два коммутирующих контура, 55 полярности тока перезаряда конденобразованных каждый соединенными в саторов 10 и 11..Напряжение на конкольцо коммутирующими конденсатором денсаторах 10 и 11 достигает в этот

10 (11l, тиристоров 12(13)и обмот- момент максимального значения и кой 14 (15 l дросселя 7, обмотка 16 после выключения тиристора 13 соподмагничивания, включенная между 60 храняется на достигнутом уровне, входным выводом 2 и катодом тирис- . а его полярность указана без скобок. тора 4, конденсаторы 10 и 11 сое- Тем самым заканчивается этап поддинены в последовательную цепь и готовительного заряда конденсатора подключены к входным выводам 1 и 2, . 10 и коммутирующий узел 23.подготовнагрузка состоит из двух цепей 17 65 лен к коммутации анодного тиристо1073863

BHHHIIH Заказ 375/52 тираж 667 Подписное

Фолиал IIIIII "Патент", г. ужгород, ул.Проектная, 4 ра 3. Он выключается при включении катодного тиристора 4, синхронно с которым включается разрядный тиристор 12. При этом начинается коле бательный перезаряд конденсатора

10 на первичную анодную обмотку 14 и импульс напряжения, наводимый во вторичной анодной обмотке 5, закрывает анодный тиристор 3.

В дальнейшем процесс перезаряда конденсаторов 10 и 11 повторяется с той лишь разницей, что подготовленным к коммутирующему разряду оказывается конденсатор 11.

С ростом тока нагрузки магнитный поток, создаваемый обмоткой 16 подмагничивания, возрастает,.что при- водит к увеличению добротности дросселя 7 за счет значительного уменьшения площади циклов перемагнйчивания магнитопровода дросселя.

Одновременно уменьшается индуктивность анодной первичной 14 и вторичной 5 и катодной первичной 15 и вторичной 6 обмоток дросселя 7, что приводит к уменьшению длительности импульсов коммутирующего напряжения и тока в обеих парах обмоток. Уровень потерь в элементах коммутирующего узла 23 при максимальном токе нагрузки может быть уменьшен в 5-6 раз по сравнению с устройством импользующим дроссель с аналогичными параметрами и параллельной ориентацией магнитных потоков.

В сильных поперечных магнитных полях частые циклы перемагничивания материала сердечника могут вырождаться в линию при одновременном уменьшении результирующей индукции, поэтому в магнитонроводе имеют место только потери на вихревые токи.

При изменении порядка подачи импульсов управления на разрядные тиристоры 12 и 13, включение и выключение анодного 3 и катсдного 4 тнристоров происходит многократно

10 на интервале периода, что позволяет модулировать выходное напряжение на нагрузочных сопротивлениях 17 и 18 по заданному закону.

Дроссель 7 является безынерцион15 ным, а его обмотка 16 подмагничивания из-за незначительного количества витков практически не влияет на работу инвертора.

Для улучшения качества выходного напряжения индуктивность вторичных анодной 5 и катодной 6 обмоток должна быть минимальной. С этой целью отношение числа витков вторичных обмоток к числу витков первичных обмоток берется меньшим единицы.

Надежность коммутации при этом не снижается, так как напряжение заряда конденсаторов 10 и 11 превышает уровень напряжения источника питания в 1,5-1,8. раз. С другой стороны, при отношении числа витков меньше единицы, токи заряда и перезаряда конденсаторов 10 и 11 уменьшаются, что снижает уровень потерь в дросселе 7, а также в других элементах коммутирующего узла 23.