Резонансный высоковольтный инвертор

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может найти применение в тиристорных преобразователях для индукционного нагрева.Цепь изобретения - повышение КПД, упрощение конструкции и расширение функциональных возможностей. Инвертор состоит из N-тиристорных мостов 1-3 с обратными диодами. Мосты подключены к источнику питания через дроссели 4-9. Мезцду мостами включено N коммутирующих контуров, состоят.их из дросселей 10-12 и конденсаторов 13-15. Ток заряда каждого конденсатора 13-15 протекает через тиристор анодной группы последующего моста и тиристор катодной группы предыдущего. Амплитуда выходного тока близка к величине входного тока, при этом напряжение на нагрузке в N раз больше напряжения источника питания. 4 ил. (Л

СООЗ СОЕЕТСНИХ

РЕСПИ ЛИК (51)4 Н 02 М 7 523

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4224194/24-07 (22) 12.02.87 (46) 15.09.88. Бюл. Ф 34 (71) Уфимский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (72) А.В.Иванов и M.Ì.Ìóëüìåíêî (53) 621.314.572 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 660173, кл. H 02 М 7/523, 1977.

Авторское свидетельство СССР

У 1182614, кл. Н 02 М 7/515, 1984.

Авторское свидетельство СССР

l0 678617, кл. Н 02 М 7/523, 1977. (54) РВЗОНАНСНЫЙ ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ИНВЕРТ0Р ($7) Изобретение относится к преобразовательной технике и моает найти ,применение в тиристорных преобразова- ,.SU„„1424107 А1 телях для индукционного нагрева. Цель изобретения — повышение КПД, упрощение конструкции и расширение функциональных воэможностей, Инвертор состоит из N-тиристорных мостов 1-3 с обратными диодами. Мосты подключены к источнику питания через дроссели 4-9 °

Мелку мостами включено К коммутирующих контуров, состоящих из дросселей

10-12 и конденсаторов 13-15, Ток заряда каждого конденсатора 13-15 протекает через тиристор анодной группы последующего моста и тиристор катодной группы предыдущего. Амплитуда выходного тока близка к величине входного тока, при этом напряжение на нагрузке в N раэ больше напряжения Ф источника питания. 4 кп.

14241() 7

Изобретение относится к преобразонательной технике и может быть использовано в преобразователях частоты, предназначенных для питания электротехнологических установок.

Цель изобретения — повышение КПД, упрощение конструкции и расширение функциональных возможностей.

На фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема инвертора; на фиг.2 и 3 — схемы различных вариантов включения коммутирующих дросселей; на фиг.4 — временные диаграммы токов и напряжений в схеме на фиг.1.

Резонансный высоковольтный инвертор (фиг.1) содержит тиристорные мосты 1-3 с обратными диодами, через фильтрующие дроссели 4-9 подключенные выводами постоянного тока к выводам источника питания, коммутирующие дроссели 10-12 и коммутирующие конденсаторы 13-15, причем последний коммутирующий конденсатор 15 подключен между первым выводом переменного тока первого моста 1 и вторым выводом переменного тока последнего моста 3, остальные конденсаторы 13 и 14 подключены между вторыми выводами переменного тока предыдущих и первыми вы30 водами переменного тока последующих мостов, В ча-тности, конденсатор 13 связан с вторым выводом моста 1 и первым выводом моста 2, конденсатор

13 — с вторым выводом моста 2 и первым выводом моста 3. Выводы для 35 подключения нагрузки включены в цепь конденсатора 15. Каждый мост состоит из тирис.торов 16-19 и диодов 20-23.

Инвертор работает следующим образом.

Импульсы управления подаются одновременно на тиристоры 16 и 17 первых диагоналей всех мостов, затем — на тиристоры 18 и 19 вторых диагоналей всех мостов и так далее через равные 45 интервалы времени импульсы поочередно поступают на тиристоры соответствующих диагоналей всех мостов.

После подачи первого импульса на тиристоры 16 и 17 все конденсаторы 50 заряжаются от источника питания через дроссели и тиристоры 16 и 17 различных мостов напряжением полярности, указанной на фиг.1. При этом ток заРяда каждого конденсатора протекает через тиристор анодной группы последующего моста и тиристор катодной

Группы предыдущего. В частности, ток заряда конденсатора 13 течет по цепи дросселя 6, тигистор 16 моста

2 — дроссель 10 — тиристор 17 моста

1, дроссель 5, Ток, заряжающий кон" денсатор 15, проходит по цепи дроссель 4 — тиристор 16 моста 1- нагрузка — дроссель 12 — тиристор 17 моста 3.

При подаче второго импульса управления на тиристоры 18 и 19 всех мос" тов образуется подключенная к нагруэке замкнутая последовательная цепь, состоящая из диагоналей переменного тока всех мостов коммутирующих дросселей и конденсаторов. В результате колебательного перезаряда предварительно заряженных конденсаторов формируется вторая полуволна тока в нагрузке. После плавного нарастания постоянной составляющей токов, фильтрующих дросселей 4-9 в течение нескольких периодов наступает кваэиустановившийся режим, диаграммы которого показаны на фиг.4, Рассмотрим один цикл работы инвертора °

В кваэиустановившемся режиме благодаря большой величине индуктивнос-, ти фильтрующих дросселей 4-9 ток в них близок к постоянному (пульсации малы), В момент t>, когда ток проводят тиристоры 16 и 17 конденсаторы заряжены напряжением с полярностью, указанной на фиг. 1, включаются тиристоры 18 и 19 всех мостов и последовательно включенные конденсаторы 13, 1

14, 15 через нагрузку, коммутирующие дроссели 10, 11, 12 и диагонали переменного тока мостов и последовательно включенные конденсаторы 13, 14 и 15 через нагрузку, коммутирующие дроссели 10-12 диагонали переменного тока мостов перезаряжаются по колебательному закону, Эквивалентное напряжение конденсаторов, действующее в контуре перезаряда, равно сумме напряжений конденсаторов, амплитуда тока переэаряда пропорциональна полному сопротивлению контура перезаряда.

На интервале -t> во всех мостах ток проводят все четыре плеча, причем ток нагрузки разветвляется по двум параллельным цепям: тиристор

16 — тиристор 18 и тиристор 19 тиристор 17.

В момент t тиристоры 16 и 17 всех мостов выключаются и ток переСледует отметить, что на интервале и t -t< anaMoxHo HepanHoMep»oe деление тока в плечах мостов »s-sa разброса прямых вольтамперных характеристик вентилей.

Включение коммутирующих дросселей в плечи мостов исключает зто явление.

В других вариантах схемы принудительное выравнивание токов достигается включением в противолежащие плечи мостов индуктивных делителей тока с магнитной связью.

Инвертор имеет симметричную относительно нуля форму выходного тока, поэтому в его спектре отсутствуют вторая и другие четные гармоники.

При работе на резонансную нагрузку> например индукционный нагреватель с компенсирующими конденсаторами, это позволяет в 1,3 раза расширить диапазон регулирования частоты в сторону снижения от резонансной, что дает воэможность расширить диапазон регулирования мощности.

Использование устройства позволяет повысить КПД мощных индукционных нагревательных установок на 3-41.

Исключение иэ схемы инвертора N фильтрующих конденсаторов большой емкости, рассчитанных на полный ток нагрузки, упрощает конструкцию и улучшает массо-габаритные характерис- тики преобразователя ° Улучшенная форма выходного тока и более высокое выходное напряжение при неизменном количестве мостов в схеме расширяет функциональные возможности схемы.

Возможность включения коммутирующих дросселей в цепь нагрузки позволяет упростить их конструкцию, выполнив ее в виде единой катушки, Кроме того, при питании нагрузок, удаленных на расстояние до нескольких сот метров, индуктивностью коммутирующего дросселя может служить индуктивность самой линии.

Ф о р и у л а и з о б р е - е н и я

Резонансный высоковольтный инвертор, содержащий N тиристорных мостов с обратными диодами, через фильтрующие дроссели подключенных выводами постоянного тока к входным выводам, N коммутирующих последовательных LCцепочек, соединенных с выводами переменного тока мостов, а также цепь нагрузки, отличающийся

40 з 142410 ходит в диоды 22 и 23 (проводят цепи диод 20 — тиристор 18 и тиристор 19— диод 21). Интервал с -, в течение которого проводят диоды 20 и 21 всех мостов, является временем, предостав5 ляемым на восстановление тиристоров

16 и 17.

В момент t диоды 20 и 21 выключаются, тиристоры 16 и 17 первой диагонали всех мостов оказываются выключенными и перезаряд конденсаторов через диагонали переменного тока мостов прекращается, На интервале конденсаторы 13-15 эарядаются токами фильтрующих дросселей через включенные тиристоры 18 и 19 мостов.

Например, конденсатор 15 заряжается по контуру дроссель 18 — тиристор

18 третьего моста — нагрузка — тирис20 тор 19 первого моста — дроссель 5.

На интервале t -t3 конденсаторы зарякаются до напряжения полярности, обратной показанной на схеме фиг ° 1, восполняя энергию, рассеянную в нагрузке и элементах схемы на интерваго t<

В момент t включаются тиристоры

16 и 17 и начинается обратный перезаряд конденсаторов через нагрузку, комкоммутирующие дроссели и диагонали переменного тока мостов сигнала по параллельным цепям тиристор 18 — тиристор 16 и тиристор 17 и тиристор 19

1 (интервал С -t ), затем по цепям диод 20 — тиристор 16 и тиристор 17 диод 23 (интервал t4-t ), При этом формируется обратная полуволна тока нагрузки.

В момент t диоды 22 и 23 выключаются и в течение интервала происходит доэаряд конденсатором через соответствующие фильтрующие дроссели и тиристоры 16 и 17 всех мостов °

Таким образом в момент t, когда

45 вновь включаются тиристоры 18 и 19 заканчивается формирование полного периода выходного тока инвертора, Как видно на временных диаграммах фиг.4 -амплитуда выходного тока инвертора близка к величине входного тока, при этом напряжение на нагрузке в N pas больше напряжения источника питания, т.е. в 2 раза превышает выходное напряжение известногс устройства. Благодаря этому при той же выходной мощности вдвое меньше выходной ток, что ведет к уменьшению потерь мощности в элементах инверто7

4 ра и линии, связывающей его с нагрузкой.

5 142 тем, что, с целью повышения КПД, упрощения конструкции и расширения функциональных возможностей, N-я коммутирующая LC-цепочка включена последовательно с цепью нагрузки мезду первым выводом переменного тока пер4107 вого моста и вторым выводом переменного тока N-го моста, остальные ЬСцепочки подключены меаду вторыми вы5 водами переменного тока предыдущих и первыми выводами переменного тока последующих мостов.

1424107

ynpa8npevz

IР, f9

16; 17

7Рфс/ nnEV.

/if 17

7Г,Л

1Р, 19

ГО, 71

Н ряжения

1б, 17

Ю 1Я

Joe ниари ни

ffunpгж е ь иу

ЯФ,I5

Составитель В.Поляков редактор Л.Повхан Техред Л.Сердюкова

Корректор С.Черни

Ваказ 4695/56 Тираж 665 Подписное

ВНИИПИ Государств ного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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