Последовательный резонансный инвертор

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и м.б. использовано в качестве источника питания для электротермических установок. Целью лвляется повьшение надежности. Устр-во содержит тиристорный мост с коммутирующим конденсатором 5 в диа гонали переменного тока. Параллельно мосту через коммутирующий дроссель 6 подключены диод 11 и последовательная цепочка, состоящая из конденсатора фильтра 10, защитного дросселя 9 и нагрузки 8. С ростом сопротивления нагрузки растет длительность интервала совместной проводимости тиристоров диагонали моста и диода 11. 4 ил. i О)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (50 4 Н 02 M 7/523

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTKPblT (21) 4076677/24-07 (22) 13.05.86 (46) 07.08.88. Бюл. У 29 (71) Ленинградский электротехничес.— кий институт им. В.И.Ульянова (Ленина) (72) А.С.Васильев, С.В.Дэлиев и Е.М.Силкин (53) 621.314.572(088,8) (5e) Авторское свидетельство СССР

У 862339, кл. Н 02 М 7/523, 1979.

Авторское свидетельство СССР

Р 700905, кл. Н 02 M 7/523, 1978.

Беркович Е.И. и др. Тиристорные преобразователи высокой частоты.

1973, с. 82, рис. 3.36а.

„„SU„„L415384 А1 (54) ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ РЕЗОНАНСНЫЙ

ИНВЕРТОР (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и м.б. использовано в качестве источника питания для электротермических установок. Целью является повьппение надежности.

Устр-во содержит тиристорный мост с коммутирующим конденсатором 5 в диагонали переменного тока. Параллельно мосту через коммутирующий дроссель 6 подключены диод 11 и последовательная цепочка, состоящая из конденсатора фильтра 10, защитного дросселя 9 и нагрузки 8. С ростом сопротивления нагрузки растет длительность интервала совместной проводимости тиристоров диагонали моста и диода 11.

4 ил.

С:, 1415384

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника питания для электротермических установок.

Бель изобретения — повышение надежности.

На фиг.1 представлена принципиальная схема инвертора; на фиг.2 — диаграммы токов i и напряжений U на элементах.инвертора при изменении нагрузки в сторону короткого замыкания; на фиг.3 — то же, при номинальной нагрузке, на фиг.4 — то же, для режима холостого хода. 15

Инвертор содержит подключенные последовательно к входным выводам мост на четырех тиристорах 1-4 с конденсатором 5 в диагонали, коммутирующий дроссель 6, дроссель 7 фильтра, последовательную цепь, состоящую из нагрузки 8, защитного дросселя 9, конденсатора 10 фильтра, подключенную к точке соединения дросселя 7 фильтра и коммутирующего дросселя 6 и катод- 25 ной группе тиристорного моста, диод 11, подключенный между катодной группой тиристорного моста и точкой соединения конденсатора 10 фильтра и коммутирующего дросселя 6. 30

Инвертор в установившемся режиме работает следующим образом.

Полный цикл работы схемы определяется частотой управления тиристорами 1-4 моста и состоит из двух так- 35 тов. Каждый такт характеризуется рабочим и нерабочим состоянием тиристорного моста, т.е. наличием и отсутствием тока коммутирующего контура

5-6-8-9-10. Параметры схемы выбраны 40 так,чтобы ток коммутирующего контура носил колебательный характер и имел место режим естественного выключения тиристоров моста (режим прерывистого тока). Емкость конденсатора 10 фильт-45 ра равна емкости коммутирующего конденсатора 5.

При уменьшении сопротивления нагрузки от номинального значения в сторону короткого замыкания В тече- 50 ние такта работа схемы разбивается на четыре интервала.

В первом интервале при отпирании тиристоров 1 и 4 к дросселям 6 и 9 прикладывается сумма напряжений на конденсаторе 10 фильтра, коммутирующем конденсаторе 5 и нагрузке 8. Если при этом напряжение на коммутирующем конденсаторе 5 больше напряжения на коммутирующем дросселе 6, отпирается диод 11. Начинает протекать ток по контуру: 5-4-8-9-10-6-1-5 и контуру 5-4-11-6-1 (фиг.2а). Ток через нагрузку 8 течет снизу вверх. Конденсатор 5, имеющий полярность как показано на фиг. 1, переэаряжается от источника питания и током контура

1( образованного коденсатором 5, диодом

11 и дросселем 6. При проводимости диода 11 потребление энергии от источника уменьшается, так как существует замкнутый контур, отделенный от источника питания,,в котором циркулирует реактивная энергия. Диод 11 проводит до тех пор, пока распределение напряжений в схеме не станет для него запирающим. После чего он выключается.

Во втором интервале ток перезаряда коммутирующего конденсатора продолжает протекать по единственному контуру: 5-4-8-9-10-6-1-5. Ток через нагрузку 8 течет снизу вверх.

После спада тока контура до нуля тиристоры 1 и 4 запираются (фиг.2а).

В третьем интервале возможна вторичная проводимость диода 11 (фиг.2а). Ток протекает по контурч

10-9-8-11-10. Ток чере нагрузку 8 течет сверзу вниз и равен сумме токов источника питания и тока контура 10-9-8-11-10 (фиг.2б). Возникновение указанного контура снижает потребление энергии схемой от источника питания. Интервал заканчивается после выключения диода 11.

Четвертый интервал характеризуется бестоковой паузой, в которой не проводят тиристоры моста и диод 11 и которая длится до включения тиристоров 2 и 3. При этом ток заряда конденсатора 10 обеспечивает протекание тока через нагрузку 8 сверху вниз (фиг.2б). Первый такт работы схемы закончен.

Процессы, происходящие во втором такте (работают тиристоры 2 и 3), аналогичны описанным, По окончании второго такта включаются тиристоры

1 и 4, цикл работы схемы инвертора повторяется.

На фиг.2 показаны формы тока i тиристоров и тока диода i„ (а); форма напряжения 0 на тиристорах (Ь) из которой видно, что обратное напряжение на тиристорах в интервале восстановления управляемости велико

1415384 и скорость нарастания прямого напряжения незначительна и определяется в скоростью изменения напряжения на коммутирующем конденсаторе 5 при перезаряде, форма напряжения на коммутирующем конденсаторе 5 и конденсаторе 10 фильтра (г).

Работа инвертора в номинальном режиме характеризуется малым временем проводимости диода 11 в первом интервале, аналогичном соответствующему интервалу в описанном режиме работы. В номинальном режиме схема имеет максимальный КЛД. Работа 15 схемы в течение такта делится на три интервала: совместной проводимости тиристоров диагонали моста и диода 11; проводимости тиристоров диагонали (работа аналогична работе инверто- 20 ра в соответствующем интервале оп»»санного режима); интервал бестоковой паузы, когда не проводят тиристоры

1 I диагонали и диод 11 (аналогично работе в четвертом интервале описанного 25 режима).

На фиг.3 приведены форма тока через тиристоры и диод 11 (а), форма тока нагрузки 8 (б), форма напряжения на тиристорах (в), форма напряжения на коммутирующем конденсаторе 5 и конденсаторе 10 (г) фильтра.

В случае разрыва цепи нагрузки (pe жим холостого хода) колебания в интервале возбуждаются внутри моста. Схема инвертора практически не потребляет энергии от источника питания. Длительности проводящего состояния и амп-, литуды токов тиристоров и диода 11 рав40 ны ме:кду собой (фиг.4а) . После колебательного перезаряда коммутирующего конденсатора током контура, включающего тиристоры одной диагонали, 45 коммутирующий дроссель реактор 6, 45 диод 11 и коммутирующий конденсатор 5, тиристоры выключаются и напряжение на них поддерживается равным нулю до отпирания следующей диагонали. Работа схемы на холостом ходу в течении такта разбивается на интервал совместной проводимости тиристоров и диода 11 и интервал бестоковой паузы.

На фиг.4 показаны форма токов ти55 ристоров и диода 11(а), форма напряжения на тиристоре (б), форма напряжения на коммутирующем конденсаторе 5 (в).

При увеличении сопротивления нагрузки от номинального в сторону холостого хода в течение такта работа схемы разбивается на три интервала.

В первом интервале при отпирании тиристоров 1 и 4 по контурам 5-4-8-9-10-6-1-5 и 5-4-11-6-1 протекают токи перезаряда коммутирующего конденсатора 5. При этом через нагрузку 8 ток протекает снизу вверх. В момент, когда напряжение на диоде 11 станет запирающим, он выключается. Первый интервал закончен.

Во втором интервале ток перезаряда коммутирующего конденсатора 5 замыкается по цепи 5-4-8-9-10-6-1-5.

Через нагрузку ток продолжает протекать снизу вверх. В момент перехода тока контура 5-4-8-9-10-6-1-5 через нуль тиристоры 1 и 4 запираются.

Третий интервал характеризуется бестоковой паузой схемы инвертора, когда не проводят тиристоры моста и диод 11, которая длится до включения тиристоров ? и 3. При этом ток заряда конденсатора 10 обеспечивает протекание тока через нагрузку сверху вниз. Первый такт работы схемы закончен °

Процессы, происходящие во втором такте, аналогичны описанным. По окончании второго такта включаются тирнсторы 1 и 4, цикл работы схемы инвертора повторяется °

Первый интервал работы схемы, в котором ток перезаряда коммутирующего конденсатора складывается иэ тока источника и тока контура, включающего диод 11, характеризуется снижением потребления схемой энергии от источника. Это объясняется тем, что существует замкнутый контур 5-4-11-6-1, включающий реактивные элементы и отдельный от источника питания, в котором циркулирует реактивная энергия. В результате снижения потребления энергии схемой от источника питания напряжение на элементах схемы, в частности на вентилях, не растет с ростом сопротивления нагрузки.

Длительность интервала совместной проводимости тиристоров диагонали моста и диода 11 увеличивается с ростом сопротивления нагрузки.

1 !1 53В4

1!ри изменении сопротивления нагрузки, как B сторону холостого хода, так и в сторону короткогс замыкания„ потребление схемой энергии от источника питания снижается. Инвертор сохраняет работос!«особность без существенного увеличения напряжений на элементах схемы от режима короткого замыкания до режима холостого хода.

С целью дальнейшего повышения надежности обмотки коммутирующего и за-щитного реакторов могут быть выполнены магнитосвязанньп!и. Ва повьппенных частотах это возможно без исполь--1r„ зования ферромагнитных сердечников.

Выполнение коммутирующего и защитного реакторов магнитосвязанными позволяет снизить повьппение напряжения на вентилях и коммутирующем конденсато- 2О ре в режиме холостого хода до 1,7 и в режиме короткого замыкан!«» до 2,5-3 напряжений питания.

Снжкение напряжения на коммутирующем конденсаторе и силовых вентилях в режимах, бчизких к холостому ходу и короткому 3 амыкан ию ., Г1оже1О до бит! -я изменением коэффициента распре.1 л .!! .!я !и!дуктивностей в схеме пнвер 2Д тора. Под коэффициентом распределе— ния индуктивностей понимается отношение индуктивности коммутирующего реактора и суммарной индуктивности контура коммута!ц«и. Если обозначить индуктив!!ость коммутирующего реактора через L защитного через L>, то коэффициент распределения ин. уктивностей в иш!ерторе

Lк

К

Ь L + к

Однако уменьшать К,по .!а.!!ых величин не рекомендуется, так как на повышенных частотах скорость нарас6 тания циркуляционного тока (тока кон-! тура), включакпцего !лемс нты 5, 11 и 6, и его амплитуда могут оказаться BbIllle допустимых величин. Кроме того, снижается К!Д инвертора. Коэффициент распр.-.деления индуктивностей должен быть не ниже некоторого критического значения К! >i К!, при котором ампкр литуда циркуляционного тока и скорость его нарастания становятся выше допустимых значений. При увеличении

К! выше 1/2 (что соответствует равным .ьндуктивностям коммутирующего и защитного реактора) аналогичное ограничение накладывается на скорость нарастания и амплитуду тока диода. формула и з о б р е т е н и я

Пс следовательный резонансный инвертср, содержащий !!одключенный к входным выводам через дроссель фильтра и коммутирующий дроссель тиристорный .»ост с коммутирующим конденсатором ь диагонали переменного тока и последовательную цепочку, состоящую из конденсатора, фильтра, защитного дросСЕЛЯ И BbIXOJlHbIX ВЫВОДОВ, ВКЛЮЧЕННУЮ межд точкой соединения дросселя фильтра с коммутирующим дросселем и катодной группой тиристорного моста, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повьп«ения надежности, он снабжен дополнительным диодом, анод которого соединен с катодной группой тиристорного моста, а катод — с точкой соедине!!ия конденсатора фильтра и коммутиоующего дросселя, причем произведе«ие емкости конденсатора фильтра на индуктивность защитного дросселя равна произведению емкости коммутирующего кон>!енсатора на индуктивность коммутиру:л!!е! и дросселя.

14I 5384

141 5384

Составитель И.Жеребина

Техред А.Кравчук Корректор М.Пожо

Редактор Н.Бобкова

Заказ 3882/53

Тираж 665

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4