Последовательный мостовой инвертор тока

 

Использование: в преобразовательной технике и в источниках питания повышенной частоты для индукционных нагреватель+9 0плгл ных установок Сущность изобретенияустр-во содержит мост, каждое плечо которого состоит из пар встречно параллельно включенных тиристоров 1-4 и диодов 5-8 и последовательно включенных обмоток 10- 13 реактора Повышенные частотные возможности инвертора обеспечиваются за счет выполнения обмоток реактора противоположных плеч на одном насыщающемся магнитопроводе и согласным их включением . 2 ил

(я)з Н 02 М 7/523

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ,Г) Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5024406/07 (22) 28.01.92 (46) 07.09.93. Бюл. N. 33 — 36 (71) Малое предприятие "Петра" (72) Юнусов P.Ã., Ройзман П.С., Ройзман

Ю.П. (73) Малое предприятие "Петра" (54) ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ МОСТОВОЙ

ИНВEPTOP ТОКА (57) Использование: в преобразовательной технике и в источниках питания повышенной частоты для индукционных нагреватель„„RU „„2000647 С ных установок. Сущность изобретения: устр-во содержит мост, каждое плечо которого состоит из пар встречно параллельно включенных тиристоров 1-4 и диодов 5-8 и последовательно включенных обмоток 10—

13 реактора, Повышенные частотные возможности инвертора обеспечиваются за счет выполнения обмоток реактора противоположных плеч на одном насыщающемся магнитопроводе и согласным их включением. 2 ил.

2000647

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к преобразователям постоянного тока в переменный, и может быть использовано в источниках питания повышенной частоты для индукционных установок нагрева, Известен статический преобразователь, содержащий мост из управляемых вентилей, последовательно с каждым из которых включен дроссель, обмотки дросселей, включенные в противоположные плечи моста, размещены на общем магнитопроводе и включены встречно одна с другой.

Данное устройство обладает удовлетворительными частотными характеристиками, достаточно высоким КПД, устраняет явление перенапряжения. Однако дроссели, включенные в противоположные плечи моста, работают только в аварийном режиме, не обеспечивая в рабочем режиме ограничения скорости нарастания тока, что не позволяет существенно повысить частоту инвертирования.

Известен последовательный инвертор тока, содержащий мост на встречно-параллельных вентилях. в плечи которого включены дроссели. Нагрузка включена в цепь коммутирующего дросселя и конденсатора.

Обмотки дросселей всех плеч моста размещены на общем магнитопроводе, причем пары обмоток включены встречно одна с другой. Данный инвертор обладает хорошей симметрией нагрузочных характеристик плеч моста, как следствие — высокой надежностью инвертирования, простотой конструктивного исполнения, однако обладает неудовлетворительными частотными характеристиками по следующей причине.

Повышение частоты влечет эа собой увеличение скорости нарастания тока s момент коммутации и увеличение коммутационных перенапряжений на вентильных парах.

Предлагается последовательный мостовой инвертор тока. содержащий подключенный через фильтровый дроссель к входным выводам мост, каждое плечо которого состоит из последовательно соединенных пары встречно-параллельных вентилей и обмотки реактора. Новым является размещение обмоток реакторов противоло>кных плеч на одном насыщающемся магнитопроводе и согласное их включение.

Повышение частотных свойств инвертара обьясняется следущим. В момент включения тиристора при высоких частотах скорость нарастания тока может превысить допустимые паспортные значения. Введение насыщающегося реактора позволяет снизить скорость нарастания тока в момент включения тиристора. В момент обрыва то5

50 ка диода возникает коммутационное перенапряжение на вентилной паре, Введение насыщающегося реактора позволяет снизить скорость уменьшения тока в момент выключения диода и тем самым уменьшить коммутационные перенапряжения.

Насыщающиеся реакторы широко известны и применяются для повышения частотных характеристик. Однако применение их в мостовой схеме требует идеальной идентичности характеристик как сердечников обмоток, так и самих вентилей, что на практике очень сложно осуществить. В данном случае размещение дросселей противоположных плеч на одном сердечнике и согласное их включение обеспечивает одновременное насыщение дросселей противоположных плеч. При этом отпадают требования к высокой идентичности характеристик плеч моста.

На фиг. 1 представлена схема последовательного мостового инвертора тока; на фиг. 2 — временные диаграммы.

Инвертор тока содержит тиристоры 14, включенные в плечи моста, диоды 5-8, включенные встречно-параллельно тиристорам, фильтровый дроссель 9, включенный в цепь постоянного тока, обмотки 10-13 насыщающихся реакторов, причем обмотки

10 и 11 расположены на одном сердечнике и включены согласно, обмотки 12 и 13 — на другом и также включены согласно, в диагональ моста включены последовательно коммутирующие конденсатор 14. дроссель 15 и нагрузка 16.

Устройство работает следующим образом, Пусть в установившемся режиме в момент времени to, тиристоры 1 и 3 закрыты, а тиристоры 2 и 4 открыты (см. фиг. 2). Конденсатор 14 заря>кается током по цепи: "плюс" источника питания — фильтровый дроссель

9 — тиристор 2 — обмотка 12 насыщающегося реактора — нагрузка 16 — дроссель 15 — конденсатор 14 обмотка 13 реактора — тиристор

4 — "минус" источника питания, Полярность заряда показана на фиг. 1, В момент времени l1 тиристоры 1 и 3 открываются импульсами управления. Конденсатор 14 начинает перезаряжаться колебательным током по цепи; дроссель 15 — нагрузка 16 и два параллельных контура: дроссель 12 — диод 6— тиристор 1 — дроссель 1 и дроссель 11— тиристор Э вЂ” диод 8 — дроссель 13, Скорость нарастрания прямого тока через тиристоры

1 и 3 в случае отсутствия насыщающегося реактора равна

di Upi

dt Lк

2000647

45 а в случае его наличия будет иметь величину

dl Uc>

dt (-к + 4» где Uc1 — напряжение на конденсаторе 14 в момЕнт 11;

L»» — индуктивность дросселя 1; (.»» индуктивность обмотки насыщаю щегося реактора в ненасыщенном состоянии.

Время задержки при включении тиристоров определяется формулой

WS(B + Bs)

1 где W — число витков обмотки насыщающегося реактора;

S — сечение его сердечника:

By u Bs — остаточная индуктивность и индукция насыщения.

Время задержки начального нарастрания тока через тиристоры улучшает частотные свойства инвертора, так как позволяет работать при большей крутизне нарастания тока через тиристоры, а следовательно, на более высокой частоте.

В момент времени t3 ток в вентильных парах 6 — 2 и 8 — 4, определяемый разностью возрастающего тока колебательного перезаряда и тока источника питания, изменяет направление и коммутируется с тиристора каждой пары на диод. Тиристоры 2 и

4 закрываются обратным напряжением, равным прямому падению напряжения на диодах 6 и 8. При подходе тока тиристоров

2 и 4 к нулевому значению насыщающийся реактор с обмотками 12 и 13 выходит из состояния насыщения, что приводит к снижению крутизны спада тока через тиристоры 2 и 4. Сразу после перехода тока вентильных пар 2- 6 и 4 — 8 через нулевое значение насыщающийся реактор с обмотками 12 и 13 продолжает оставаться в ненасыщенном состоянии, при этом ограничивается скорость нарастания тока через диоды 6 — 8, При дальнейшем нарастании тока происходит насыщение реактора с обмотками 12 и 13, В момент времени

t4 реактор с обмотками 12 и 13 опять выхо5

35 дит иэ состояния нюсь»щ .»»ия и в момент времени t5 ток диодов 2 и 4 обрываегся. причем

WS (В5 — В;)

tn 5 =

Uc4 где Ucn — напряжение на конденсаторе 14 в момент времени tn.

Малая крутизна спада тока диодов 2 и 4 обуславливает невысокие коммутационные перенапряжения при восстановлении напряжения на закрытых вентильных парах 2 — 6, 4 — 8, увеличивая надежность работы инвертора и позволяя работать на более высокоих частотах. В интервале времени

t5-ta конденсатор 14 доэаряжается током источника питания. Напряжение полярностью, противоположной указанной на фиг.

1, прикладывается через открытые тиристоры 1 и 3 к тиристорно-диодным парам 2 — 6, 4 — 8. В момент времени 15 тиристоры 2 — 4 открываются импульсами управления, и рассмотренные процессы в схеме повторяются, Таким образом, предложенная схема обеспечивает снижение скорости изменения тока через вентильные пары в момент коммутации, что позволяет работать на более высоких частотах без выхода из строя полупроводниковых вентилей, В свою очередь, это обеспечивает расширение областей использования инверторпв за счет применения их в широком спектре технологических процессов, таких, как индукционный нагрев при нанесении эпитаксиальных покрытий. По тем же причинам в схемах возможно применение тиристоров с относительно невысокими техническими характеристиками и невысокой стоимостью.

Формула изобретения

Последовательный мостовой инвертор тока, каждое плечо которого состоит иэ пар встречно-параллельно вкл»оченнь»х тиристора и диода и последовательно включенной обмотки реактора. отличающийся тем, что обмотки реактора синфазных плеч моста выполнены на одном насыщающемся магнитопроводе и включены согласно.

2000647

t,4

2,4 а М4 Ц в 4

Корректор В.Петраш

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

Редактор А.Купрякова

Заказ 3081

Составитель P.Þíóñîâ

Техред M.Mîðãåíòàë

Тираж Подписное

HflO "Поиск" Роспатента

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