Последовательный инвертор

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания установок индукционного нагрева. Цель изобретения - повышение энергетических показателей путем снижения потерь энергии в демпфирующих цепях и ограничения перенапряжений на вентилях. Устройство содержит мост на тиристорах 1 - 4. Через разделительный конденсатор 12 и дроссель 13 к выходу устройства подключена нагрузка 14. Демпфирующие цепи состоят из зарядных диодов 15 - 18 и конденсаторов 19 - 22. Первичные обмотки 23 - 26 разрядных трансформаторов включены соответственно параллельно зарядным диодам 17, 16 и 15, 18, расположенным в диагональных плечах моста. Вторичные обмотки 27, 28 через развязывающие диоды 29, 30 подсоединены к точке соединения вспомогательных демпфирующих конденсаторов 31, 32. Другие выводы конденсаторов через преобразователь постоянного напряжения 33 соединены со входными выводами инвертора. Энергетические показатели инвертора улучшаются за счет исключения демпфирующих резисторов и использования регуляции энергии из демпфирующих конденсаторов в источник питания. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (511 4 Н 02 11 7/523

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4411901/24-07 (22) 18.04.88 (46) 15.12.89. Вюл. Р 46 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт токов высокой частоты им. В,П. Вологдина (72) Ю.И. Качан и В.В. Надот (53) 621.314.572 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 508881, кл, Н 02 И 7/523, 1970.

Авторское свидетельство СССР

М 964920, кл. Н 02 И 7/523, 1980. (54) 110С 1ВДОВА 1Ы1Ый HHBEPTOP (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть ис.пользовано в системах электропитания установок индукционного нагрева.

Цель изобретения — повышение энергетических показателей путем снижения потерь энергии в демпфирующих цепях и ограничения перенапряжений на вен„„Я0„„1529382 А 1

2 тилях. Устр-во содержит мост на тиристорах 1-4. Через разделительный конденсатор 12 и дроссель 13 к выходу устр-ва подключена нагрузка 14. Демпфирующие цепи состоят из зарядных диодов 15-18 и конденсаторов 19-22, 11ервичные обмотки 23 — 26 разрядных трансформаторов включены соответственно параллельно зарядным диодам 17, 16 и 15, 18, расположенным в диагональных плечах моста, Вторичные обмотки

27, 28 через развязывающие диоды 29, 30 подсоединены к точке соединения вспомогательных демпфирующих конденcaropoB 31, 32. Другие выводы конденсаторов через преобразователь постоян— ного напряжения 33 соединены с входными выводами иннертора. Энергетические показатели инвертора улучшаются за счет исключения демпфирующих резисторов и использования регуляции энергии из демпфирующих конденсаторов в источник питания. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1529382

Изобретение относится к преобразоватсльной технике и может быть использовано в системах электропитания установок индукционного нагрева метал- 5 лов, ультразвуковой технологии, в ис-. точниках питания лазерных технологических установок и т.д.

Цель изобретения — повышение энергетических показателей путем снижения 10 потерь энергии в демпфирующих цепях и ограничения перенапряжений на вентилях.

На фиг.i приведена схема последовательного инвертора, на фиг.2 — вариант 5 выполнения преобразователя постоянного напряжения инвертора.

Последовательный инвертор содержит однофазный мост с тиристорами 1-4 и 2р обратными диодами 5-8, коммутирующий конденсатор 9, коммутирующий дроссель 10. К источнику питания, например выпрямителю, однофазный мост подключен через входной дроссель 11. Через 25 разделительный конденсатор 12 и дроссель 13 к.выходу инвертора подключается нагрузка 14, В устройство входят также демпфирующие цепи, состоящие из зарядных диодов 15-18,демп- 3 фирующих конденсаторов 19-22, разрядных трансформаторов, первичные обмотки 23, 24 и 25 и 26 которых подключены соответственно параллельно зарядным диодам 17, 16 и 15, 18, расположенным в диагональных плечах моста, а вторичные обмотки 27, 28 через развязывающие диоды 29 и 30 подсоединены к точке соединения вспомогателЬных демпфирующих конденсаторов 31 и

32. Два других вывода конденсаторов

31 и 32, образующих положительный и отрицательный входные выводы преобразователя 33 постоянного напряжения, подключены соответственно к положительному через диод 34 и отрицательному выводам моста. Точки соединения зарядных диодов 15 и 17 с демпфирующи . ми конденсаторами 19.и 21 через диоды 35 и 36 сброса связаны с отрицательным входным выводом, а точки соединения диодов 16 и 18 с конденсаторами 20 и 22 через диоды 37 и 38 сброса — с положительным входным выводом преобразовательной ячейки постоянного напряжения. Выходные выводы преобразовательной ячейки связаны с одноименными выводами фильтрового конденсагора 39.

Преобразовательная ячейка содержит дроссель 40, подключенный через диод /

«1 к коммутирующему контуру, образонайному конденсатором 42 и дросселем

43, причем последовательно с дросселем

43 включен тирисrop 44.

Блок 45 управления тиристором 44 содержит преобразователь 46 напряжения в частоту и формирователь 47, связанный с управляющим электродом тиристора 44. Вход блока 45 управления подсоединен к выходу датчика 48 напряжения на диоде 34.

На фиг.2 представлен вариант схемы преобразовательной ячейки, содержащей дополнительные диод 49, шунтирующий конденсатор 42, и диод 50, включенный встречно-параллельно тиристору 44.

Последовательный инвертор работает следующим образом.

Импульсы управления (фиг.1) поступают одновременно на тиристоры 1 и 4.

Тиристоры включаются и по цепи коммутирующий дроссель 10 — конденсатор 9 нагрузка 14 — разделительный конденсатор 12 — коммутирующий дроссель 13 проходит полуволна "îêà. Параметры этой цепи подбираются таким образом„ чтобы процессы в ней носили колебательный характер Как только ток в силовой цепи меняет направление, включаются диоды 5 и 8, а тиристоры 1 и 4 выключаются, в цепи нагрузки ток проходит в противоположном награвлении.По окончании описанного колебательного процесса диоды 5 и 8 выключаются. При подаче импульсов управления на тиристоры 2 и 3 процессы в инверторе аналогичны.

Одновременно с указанными процессами определенным образом работают и демпфирующие цепочки. В момент выключения силовых диодов 5 и 8 (6 и 7) конденсаторы демпфирующих цепей заряжаются через соответствующие диоды

15 и 18 (16 и 17), ограничивая скорость нарастания напряжения на тиристорах инвертора.

Величина коммутационного всплеска напряжения на тиристорах при этом в рассматриваемой схеме ограничивается на уровне, равном значению напряжения на последовательно соединенных конденсаторах 31 и 32, Так, например, если при выключении силовых диодов 5 и 8 напряжение на демпфирующих конденсаторах 19 и 22 превысит уровень напряжения на конденсаторах 31 и 32, 5 1529382

° имеющих значительно большую емкость, к то откроются диоды 35 и 38 и парали лельно демпфирующим конденсаторам бу- в дет подключена большая емкость, заря- 3 женная до фиксированного напряжения, 5 ч равного, поскольку заряд конденсато- с ров 31 и 32 происходит через диод 34, д амплитудному значению напряжения на з инверторном мосте. Следовательно, мак-10 симальное напряжение на демпфирующих конденсаторах равно амплитуде напря- и жения на тиристорном мосте„ т.е. амплитуде напряжения на силовом вентиле.

В момент включения силовых тирис- 15 т оров 1 и 4 (2 и 3) происходит разряд н конденсаторов 19 и 22 (20 и 21) демп- т фирующей цепочки через первичные об- P мотки 25 и 26 (23 и 24) разрядных к трансформаторов, вторичные обмотки ко- 20 о торых через диоды 29 (30j подключены д параллельно конденсатору 32. Посколь- щ ку емкости конденсаторов 31 и 32 и равны, то напряжение на каждом из них д равно 25

К n = 1

1 у

50 где Б — максимальное напряжение ка вентилях инверторного моста. 30

При этом условие максимальной эффективности рекуперации запишется в виде: где n — коэффициент трансформации;

К вЂ” коэффициент связи первичной и вторичной обмотки разрядных трансформаторов. Эффективность рекуперации в предлагаемом устройстве не зависит от ,параметров режима работы схемы, а определяется только параметрами трансформаторов: коэффициентом связи .обмоток и коэффициентом трансформации. Возврат энергии, поступающей в источник питания инвертора (конденсатор 39), осуществляется преобразовательной ячейкой 33.

При работе инвертора на нагрузку с изменяющимися параметрами для обеспечения максимальной эффективности рекуперации энергии демпфирующих цепей напряжение на конденсаторах 31, 32 должно отслеживать изменяющийся уровень амплитуды напряжения на вентилях или, что то же самое, стабилизировать среднее значение. напряжения а диоде 34. Посчед; е цос;нгается с омощью cõåìbf управления, включающей себя датчик f8 напряжения на дио е

4, преобразователь 46 напряжения в астоту и формирователь 47 импульов управления. Напряжение на выходе атчика 48 пропорционально среднему качению напряжения на диоде 34, коорое управляет частотой преобразоваеля 4б и, следовательно, частотой мпульсов управления тиристора 44 .

Если при изменении нагрузки 14 мплитуда напряжения ка cI.!Tof3Mx I-plf тлях снизится, то возрастет средне: апряжение на диоде 34 и, в результае, повысится частота работы преобазовательной ячейки 33. Это приведет более интенсивной передаче энергии т вспомогательного источника на коненсаторах 31 и 32 в источник питаья инвертора. Вследствие этого наряжение на конденсаторах 31 и 32 бует снижаться, пока ке достигнет ноого уровня амплитуды напряжения ка вентилях, а среднее напряжение на дисде 34 и частота преобразователя 33 не вернутся к своим прежним значениям.

Аналогичным образом происходит отслеживание при возрастании амплитуды напряжения на вентилях.

Преобразователь постоянного напряжения, изображенный на фиг.2, в отличие от преобразователя 33 содержит дополнительные диоды 49 и 50.

Эти диоды предотвращают перезаряд конденсатора 42 и обеспечивают снижение амплитуды напряжения на нем и тирис1 торе 44 практически до уровня напряжения источника, образованного конденсаторами 31 и 32. Включение указанных диодов позволяет снизить требования к маломощному тиристору 44, класс тиристора может быть таким же, как у силовых вентилей инвертора.

Таким образам, по сравнению с известным в предлагаемом устройстве обеспечивается снижение потерь энергии, особенно на высоких частотах в демпфирующих цепях, за счет исключения резисторов и, кроме того, происходит ограничение величины скачка напряжения на вентилях в момент выключения обратного диода за счет подключения к демпфирующим конденсаторам дополнительных демпфирующих конденсаторов. Использование принципа дозированной передачи э fергии, реализуемого с помощью частотно -регулируемо|

7 1529382 Е преобразовательной ячейки позволяет о гслеживать любое изменение амплитуд ) напряжения на вентилях и тем самЫм обеспечить возврат энергии демпф рующих цепей в источник питания вне зависимости от параметров режима работы преобразователя.

Формула изобретения

1. Последовательный инвертор, сод ржащий однофазный мост на тиристор х, шунтированных обратными диодами, с коммутирующим LÑ-контуром, диагон ью постоянного тока через сглаживающий 1 С-фильтр подсоединенный к в одным выводам и через последовательно соединенные разделительные коненсатор и дроссель — к выходным выодам, демпфирующие цепи, каждая из оторых состоит из последовательно оединенных зарядного диода и демпфиующего конденсатора и подключена пааллельно согласно соответствующему !5 иристору моста, разрядные трансформаоры, первичные обмотки которых вклю- . ены соответственно параллельно упомяутым зарядным диодам, расположенным диагональных плечах моста, о т л и- 3О а ю шийся тем, что, с целью поышения энергетических показателей

r утем снижения потерь энергии в.демпирующих цепях и ограничения перенаряжений на вентилях, он дополнитель35 о снабжен преобразовательной ячейой постоянного напряжения с блоком правления, двумя вспомогательными емпфирующими конденсаторами, разде,ительным диодом, двумя развязывающи- 4О . Ии диодами и четырьмя диодами сброса, при этом вторичные обмотки разрядных

Трансформаторов через развязывающие

Диоды подключены к общей точке соединения вспомогательных демпфирующих конденсаторов, свободные выводы которых подключены к входным выводам преобразовательной ячейки и через разделительный диод, включенный в обратном направлении, " к диагонали постоянного тока мос а, выход преобразовательной ячейки подключен к выводам конденсатора сглаживающего

LU-фильтра, каждый иэ первый двух диодов сброса подсо динен катодом к положительному входному выводу преобразовательной ячейки„ а анодом к катоду диода соответствующей демпфирующей цепи тиристоров катодной группы моста, а каждый из других двух диодов сброса подключен анодом к отрицательному входному выводу преобразовательной ячейки, катодом— к аноду диода соответствующей демпфирующей цепи тиристоров анодной группы моста, причем преобразовательная ячейка выполнена в виде последовательной цепи из первого дросселя, диода, тиристрра и второго дросселя, подсоединенной между одноименными входным и выходным выводами ячейки и конденсатора, подключенного между точкой соединения упомянутых диода и тиристора v. объединенными противоположными входным и выходным выводами ячейки.

2. Инвертор по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что он снабжен датчиком среднего напряжения на разделительном диоде, подключенным выходом к входу блока управпения.

3. Инвертор по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что конденсатор и тиристор преобразователя постоянного напряжения зашунтированы в обратном направлении диодами.

1529382

Составитель В. Поляков

Техред Л.Олийнык Корректор С. Черни

Редактор M. Бандура

Заказ 7756/52 Тираж 648 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101