Инвертор

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5у 4 Н 02 М 7/515

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К flATEHTY с

И@дд;, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2480856/24-07 (22) 12.05.77 (31) 19533/76 (32) 12.05.76 (33) СВ (46) 07.04.86 Бюл. М - 13 (71) Термал Дайнемикс Корпорейшн (VS) (72)Джон Бенгт Геран Хедберг (SE) (53) 621.314.572(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 262253, кл. Н 02 M 7/515, 1968

Авторское свидетельство СССР

Р 803090, кл. Н 02 И 7/515, 1978.

Нежданов Н.В. Инверторы на тиристорах.M-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 и„.Я0„„1223850 А ч а ю шийся тем, что, с целью минимизирования потерь энергии, введена цепочка для ограничения напряжения, подключенная параллельно коммутирующему конденсатору, при этом цепочка состоит из диода, включенного встречно источнику питания, и ограничительного элемента.

2. Инвертор по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что ограничительный элемент выполнен в виде тиристора, управляющий электрод которого подключен к собственному аноду через пороговый элемент.

3. Инвертор по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что ограничительный элемент выполнен в виде пороговоГо элемента.

4. Инвертор по пп.2 и 3, о т л ич а ю шийся тем, что пороговый элемент выполнен в виде диода Зенера.

5. Инвертор по пп.2 и 3, о т л ич а ю шийся тем, что пороговый элемент выполнен в виде варистора.

1223850

15

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 элемен— тов 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 требуеь1ого напряжения разомкнутого контура.

Шунт 17 предус. отрен для измерения тока нагрузки, причем снятое с шунта напряжение используется лля управле-ния преобразователем частоты.

В контуре управления (фиг. 2) один конец шунта 17 заземлен, а другой соединен с усилителем 18, который усиливает сигнал, снятый с шунта, от милливольт до вольт. Усилитель 18 соединен 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 в качестве детектора уровня.

Управление состоянием тиристоров

5 и 6 обеспечивается чувствительным контуром, содержащим трансформатор

25, первичная обмотка которого соединена через диоды 26 и 27 с анодами (диоды) и катодами (обмотки) тиристоров 5 и 6 соответственно. Один конец вторичной обмотки трансформатора 25 заземлен, другой соединен с контуром сравнения, соедержащем два резистора

28 и 29, причем резистор 29 одним концом соединен с источником постоянного отрицательного напряжения. Общая точка резисторов 28 и 29 соединена с усилителем 30, который служит в качестве детектора уровня и порог срабатывания которого определяется резисторами 28 и 29 и напряжением источника отрицательного напряжения.

Каждый из усилителей 21, 24 и 30 соединен с соответствующим выводом 31

33 вентиля 34. Элемент 35 работает известным образом и может обеспечить выходной сигнал, если выходной сигнал с усилителя 21; если от усилителей

24 и 30 — положительный, т.е. когда ток нагрузки, измеренный шунтом 17, меньше величины, на которую установлено регулирующее устройство 22

{нагрузочное напряжение на выводе 13 меньше величины, установленной на регулирующем устройстве напряжения, а анодное напряжение одного из тиристоров 5 или 6 отрицательно относительно его катода, что в свою очередь

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 време— ни восстановления тиристоров 5 и 6.

Импульс подается на триггерный вход

Т триггера 37, в результате чего триггер 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

35 определяется входными сигналами. на входах 31-33 вентиля 34.

На фиг ° 3 показаны напряжения

UA6, U10 соответственно на аноде тиристора 6 и в общей точке конденсаторов 9 и 10, а также напряжение

U8 на первичной обмотке 8 трансформатора 7 при нормальной нагрузке на выкоде инвертора. На фиг.3 также показан выходной ток I выходные токи

Т, (последний показан пунктирными линиями) тиристоров 5 и 6; t„ — момент времени, когда тиристор 5 открыт, t - 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; t момент времени, когда включен тиристор 6, t< — момент времени, когда . тиристор 6 обесточен и его анод становится отрицательным в результате

850 4 действия резонансного контура 8-10. — момент времени, когда тиристор

5 вторично включается, после чего цикл повторяется, обеспечивая то, что нагрузка остается, в основном, неизменной.

На фиг.4 представлены кривые тока и напряжения, когда выходной ток инвертора мал и /или выходное напряжение высоко.

Очевидно, что когда выходной ток мал, для перезарядки нагрузочных конденсаторов 9 и 10 требуется длительный промежуток времени. Это приводит к насьпцению трансформатора 7 и возникновению на нем токовых перегрузок (показано пиками задних фронтов форм волны, изображающих токи I<, I ). Такое насьпцение также вызывает выброс напряжения U 8, создавая высокое напряжение UA6 на конденсаторах

9 и 10, при ближайшем последующем импульсе (t ) дальнейший выброс трансформаторного напряжения еще больше нарастает, благодаря чему возникает лавинный эффект для напряжений UA6, U10, U8, 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 величины вьппе напряжения на входных проводах 2 и 3.

Средство ограничения напряжения (фиг.1) содержит два контура, которые включают в себя, соответственно, опорные диоды 44 и 45, защитные резисторы 46 и 47, ограничивающие токи, и диоды 48 и 49, блокирующие ток в прямом направлении опорных диодов.

Запирающее напряжение опорных диодов

44 и 45 подбирают таким образом, чтобы оно было несколько ниже наивысшего напряжения, при котором напряжение

U10 в общей точке конденсаторов 9 и

10 может превышать питающее напряжение на выводах 2 и 3.

Таким образом, когда напряжение

U10 превышает напряжение на выводе 2 или кратковременно падает ниже напряжения на выводе 3 на величину, соответствующую запирающему напряжению опорных диодов 44 и 45, ток может протекать по контуру 46, 44 и 48 к шине 2 и с противоположной полярностью в общей точке конденсаторов 9 и

10 потечет по контуру 47, 45 и 49 от

1223850 шины 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 !и (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 защитHblX KOHT O (фиг.1 H 6) ° формы BOJIH напряжения и тока получаются при малой нагрузке, т.е. малый выходной ток и/или высокое выходное напряжение на выходных выводах преобразователя частоты. Напряжение U10 не рас- 25 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, зп 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- 4 жащей токоограничительннй резистор

58 или 59 и опорный диод 60 или 61.

Опорные диоды 60 и 6! могут быть заменены варисторами.

Запирающее напряжение опорных циодов поцбирают таким оразом, чтобы оно быпо несколько ниже максимального напряжения, на которое напряжение

U10 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 по 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 токе и/или высоком выходном напряжении на выходных выводахинвертора.Напряжение

010 в общей точке конденсаторов 9 и !

О не растет лавинообразно (фиг.8), а ограничено величиной, которая превышает напряжение на выводах 2 или

3 на величину, соответствующую запирающему напряжению опорных диодов

60 и 61, за исключением относительно небольшого и непродолжительного пика напряжения, который создается благодаря падению напряжения на общем защитном резисторе 57. Таким образом, импульсы тока и напряжения не изменяются во времени лавинообразно, как показано на фиг.4.

1223850

4И

1223850

1223850 ил

Vd

ti tz 4 ts ts

43иг. $

1223850

1 2 б 4 4

tr 4 х 84 к

Pug. Р

Составитель В.Авдеев

Техред И. Верес Корректор В. Бутяга

Редактор А.Шишкина

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4

Заказ 1728/62 Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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