Инвертор

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 22.02.80 (2! ) 2886165/24-07 (51) М, Кл.а с присоединением заявки №вЂ” е (23) Приоритет—

Н 02 М 7/515

Государственный комитет (53) УДК 621.314..572 (088.8) Опубликовано 30.10.81. Бюллетень № 40

Дата опубликования описания 05.11.81 . па делам изобретений и открытий

Л. П. Иванов (72) Автор изобретения (7! ) Заявитель (54) ИНВЕРТОР

Устройство относится к преобразовательной технике, предназначено для преобразования постоянного напряжения в перемен-. ное и может быть использовано для питания мощных нагрузок.

Известны схемы мощных инверторов. Такие схемы подразделяются на полумостовые, мостовые, однофазные, трехфазные с одноступенчатой коммутацией, с двухступенчатой коммутацией и др. 11) и 12!.

Известно, что при работе инверторов в дросселе и конденсаторе накапливается избыточная энергия. В большинстве разновидностей инверторов накопление возникает при работе устройства на нагрузку, а в некоторых инверторах накопление имеет место также и в режиме холостого хода (в инверторах, у которых перезарядка коммутирующе-, го конденсатора происходит через источник питания) (3J.

Избыточная энергия возрастает от такта к такту работы устройства, при этом накопление увеличивается с ростом частоты так-, тов и тока нагрузки.

Накопление избыточной энергии проявляется в увеличении напряжения на конден2 саторе и связанных с ним элементах. Это . приводит к перенапряжениям, выходу из . строя элементов и понижению КПД.

Эти недостатки отчасти ослабляются в инверторах с цепями сброса избыточной энергии.

Жесткое ограничение накопления может быть осуществлено с помощью простейшей цепи сброса-диода, который фиксирует напряжение на конденсаторе на уровне напряжения источника питания. Менее жесткое

1О ограничение получается при введении последовательно с диодамн резистора 14).

Однако в этих случаях КПД низкий, так как избыточная энергия рассеивается íà диодах и резисторах в виде тепла.

° Более эффективное ограничение накоп1е ления и повышение КПД обеспечивается в случае применения трансформаторного сбро са, когда избыточная энергия возвращается в источник питания. Реализация этого вида сброса может быть выполнена несколькими методами.

Например, ещи нагрузка подключается к инвертору с помощью силового трансфор. матора, то трансформаторный (автотранс

877754 тиристоры l и 2

3 форматорный) сброс получается при подсоединении вентилей (диодов) к части его первичной обмотки (3). Если силовой трансформатор отсутствует, то сброс может быть осуществлен за счет дополнительной обмотки в дросселе (51.

Совмещение цепей сброса и цепей, выполняющих другие функции, в одном элементе вызывает существенное усложнение этого элемента и, кроме того, не всегда можно удовлетворить противоречивым требованиям по электрическим параметрам к .цепям.

Наиболее близким к предлагаемому является инвертор, содержащий силовые тиристоры, конденсатор (конденсаторы) и . дроссель. Цепь сброса выполнена с применением трансформатора, первичная обмотка которого подсоединена через вентиль к дросселю, а вторичная обмотка через двухполупернодный выпрямитель — к источнику напряжения (61.

Известное устройство имеет повышенное значение напряжения на конденсаторе и относительно низкий КПД.

Цель изобретения — ограничение перенапряжений и повышение КПД.

Указанная цель достигается тем, что в инверторе, содержащем подключенную ко входным выводам преобразовательную ячейку на тиристорах с последовательным коммутирующим LC-контуром, соединенным с первичной обмоткой трансформатора сброса, подключенной ко входным выводам через обратные вентили, причем вторичная обмотка указанного трансформатора соединена со входными выводами через выпрямитель, первичная обмотка трансформатора сброса включена между дросселем и конденсатором последовательного 1С-контура.

На фиг. 1 — 4 изображены варианты схем устройства.

Схемы содержат силовые тиристоры 1 и 2, коммутирующий 1Х:-контур, состоящий из конденсатора 3 и дросселя 4, нагрузку 5, трансформатор 6 сброса, с первичной 7 и вторичной 8 обмотками, причем первичная обмотка 7 присоединена через обратные вентили, 9 и 10 и тиристоры 1 и 2 к дрдсселю, а вторичная обмотка 8 через выпрямитель (вентили 11-— - 14) — к источнику питания.

Первичная обмотка 7 включена между конденсатором 3 и дросселем 4 и последовательно с ними. Некоторые разновидности инверторов содержат также и друхие .элементы.

Для индивидуальной коммутации силовых тиристоров служат дополнительные тиристоры 15 и 16 (фиг. 3 и 4), а с целью уменьшения обратных напряжений параллельно силовым тиристора м подсоединены обратные диоды 17 и 18. Вместо одного конденсатора 3 и тогда применяют равноценную схему с двумя конденсаторами, как это показано штриховой линией иа фиг. 1 — 3.

За исключением процесса сброса избыточной энергии устройство работает аналогично известным.

Рассмотрим работу инвертора на примере варианта по схеме на фиг. l. Допустим, вначале открыт тиристор I. Напряжение источника питания +Е„прикладывается к нагрузке 5 через дроссель 4. Конденсатор 3 заряжен в предыдущем такте до напряжения

+Е„с полярностью, показанной на фиг. 1 без скобок. В следующий такт импульс управления открывает тиристор 2. При этом напряжение конденсатора.3 через обмотку 7 трансформатора прикладывается к нижней полуобмотке дросселя 4. В силу электромагнитной связй между полуобмотками на,верх-. ней полуобмотке возникает напряжение,равное Е„,которое, складываясь с напряжением на конденсаторе 3, запирает тиристор.l. Нагрузка через тиристор 2 подключается к отрицательному выводу источника питания. Конденсатор 3 разряжается по цепи

20 3 — 7 — 4 — 2 (— Е„) — 3. Ток разрядки имеет колебательный характер (колебательный контур образован элементами 3 и 4). Поэтому конденсатор, разрядившись до нуля, перезаряжается до напряжения Е„с противоположной полярностью (на фиг. 1 показана в скобках) н далее стремится перезарядиться до более высокого напряжения. Последнее вызвано тем, что в контуре с конденсатором уже имелась энергия дросселя, запасенная при протекании через него тока на30 грузки, и, кроме того, при перезарядке конденсатора через источник питания Е в контуре накопилась дополнительная энергия.

Дальнейшему росту напряжения на конденсаторе 3 начинает препятствовать вентиль 10, открывающийся при .достижении

V — = — Е . В этот момент образуется контур сброса 4 — 2 — 10 — 6 — 4, в котором дроссель 4 подключен через вентили 2 н 10 параллельно первичной обмотке. 7 трансформатора 6.

Поскольку вторичная обмотка трансформа40 тора подсоединеиа через выпрямитель к источнику питания, то вся избыточная энергия возвращается в этот источник. В следующем такте процессы в схеме протекают аналогично.

Частота тактов задается управляющими

4 импульсами, поступающими поочередно на

В схеме первичная обмотка 7 трансформатора включена последовательно в цепь разрядки и зарядки (перезарядкн) конденсатора 3, т.е. в цепь переменного тока. Поэтому вторичная обмотка 8 подсоединена к двухполупериодному выпрямителю 11 — 14

При рассмотрении, взаимодействия элементов в схеме можно видеть, что в течение сброса открыты одновременно вентили 9 и у 13 (или ll) либо вентили 10 и 14 (или 12).

Отсюда следует, что функции этих пар веитилей можно совместить. На фиг. 2 показан такой вариант: вместо вентилей 9 и 13

877754 6

Возможные варианты устройства не ис- черпываются рассмотренными схемами.

Фиг. 1 и 2 иллюстрируют практические при. меры выполнения инвертора по однофазной полумостовой схеме с одноступенчатой KDM5 мутациеи, а фиг. 3 и 4 — по однофазной полумостовой схеме с двухступенчатой коммутацией. Данное устройство может быть выполнено также по мостовым и многофаэным (в частности, трехфазным) схемам.

Во всех вариантах устройства включение первичной обмотки трансформатора сброса между и последовательно с конденсатором и дросселем по току коммутации предопределяет жесткое ограничение напряжения на . конденсаторе и элементах на минимально допустимом уровне при повышенном КПД.

Ограничение напряжения в схемах осуществляется фиксацией возрастающего напряжения на конденсаторе вентилями. В момент открывания вентилей ток дросселя переходит из конденсатора и замыкается в контуре (цепи) сброса: Контур образуется на момент сброса избыточной энергии и представляет собой параллельное соединение дросселя и трансформатора (через вентили).

Поскольку вторичная обмотка через двухполупериодный выпрямитель подсоединена к источнику питания, то в последний возвращается вся избыточная энергия и используе1ся в последующей работе.

В данном устройстве уровень ограничения напряжения на конденсаторе не зависит эв от коэффициента трансформации Кт> трансформатора, поэтому К, может быть выбран таким, чтобы обеспечить наиболее высокий

КПД процесса сброса избыточной энергии.

В предлагаемом устройстве по сравнению с известными устройствами уровень перенапряжений снижается на 20 —.60 /р (в зависимости от тока нагрузки), а КПД составля-, ет 70 — 80о/О установлен вентиль 9, а вместо вентилей 10 и 14 — вентиль 10. Схема инвертора в этом случае более проста. В схеме (фиг. 2) у обмоток 7 и 8 имеется общая точка, поэтому вместо трансформатора возможно применение автотрансформатора, что, как известно, позволяет уменьшить габариты и массу этого элемента.

На фиг. 3 показан еще один вариант схемы инвертора. В схеме дроссель выполнен однообмоточным и вынесен из цепи силовых тиристоров и нагрузки (в отличие от схем на фиг. 1и 2).

За исключением процесса сброса (воз врата) избыточной энергии схема этого ва-, рианта работает аналогично известным. Первый управляющий импульс открывает тиристор 1. Напряжение источника питания +Ед прикладывается к нагрузке 5. Второй уп,. равляющий импульс открывает тиристор 15 и с помощью предварительно заряженного в предыдущем такте конденсатора 3 (полярность показана без скобок) запирает тиристор 1. Напряжение на конденсаторе переполюсовывается (полярность — в скобках), но вследствие потерь не достигает первоначального значения, равного 2Ег. В момент открывания тиристора 2 третьим управляю щим импульсом. к нагрузке прикладывается напряжение — Е„, а конденсатор 3 восполняет недостаток энергии по цепи 3 †. 7 — 4 — 2— (— Е„) — (+ Еп) — 3. При этом конденсатор 3 стремится зарядиться до более высокого напряжения, чем в предыдущем такте. Но при достижении напряжения на конденсаторе . U< — — 2Е„открывается вентиль 10. Напряжение 1.4 фиксируется на этом уровне, а избыточная энергия. возвращается в источник питания с помощью цепи сброса. Цепь сброса образуют элементы 4 — 6 — !Π— 2 — 4.

Четвертый управляющий импульс отпирает тиристор 16, напряжение конденсатора прикладывается к тиристору 2 и запирает его. Напряжение на конденсаторе переполюсовывается (полярность показана без скобок). С приходом следующего отпирающего импульса на тиристор процессы в схеме повторяются.

Формула изобретения

В случае индуктивной нагрузки поступление энергии в конденсатор становится еще большим, напряжение на конденсаторе может достигать высоких значений. Однако включение первичной обмотки трансформатора указанным образом исключает увеличение. напряжения, а тем самым и перенапряжений на элементах устройства.

По аналогии со схемой на фиг. 2 схема на фиг. 3 может быть упрощена. В схеме на фиг. 4 функции вентилей 9 и !3 (фиг. 3) выполняет вентиль 9, а функции вентилей 10 и 14 — вентиль 10. Так как обмотки 7 и 8 трансформатора имеют общую точку, то вместо трансформатора возможно применение автотрансформатора.

Инвертор, содержащий подключенную ко входным выводам преобразовательную ячейку на тиристорах с последовательным коммутирующим 1С-контуром, соединенным с первичной обмоткой трансформатора сброса, подключенной ко входным выводам через обратные вентили, причем вторичная обмотка указанного трансформатора соединена со входными выводами через выпрямитель, отличающийся тем, что, с целью ограничеso ния перенапряжений и повышения КПД, пер вичная обмотка трансформатора сброса включена между дросселем и конденсатором последовательного 1С-контура.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Справочник по преобразовательной технике. Под ред. И. М. Чиженко. Киев, «Техника», 1978.

У

2. Лабунцов В. А., Ривкин Г. А., Шевченко Г. И. Автономные тиристорные инверторы М.— Л., «Энергия», 1967, 3. Бедфорд Б., Хофт P. Теория автономных инверторов. Перевод с англ., М., «Энер- s гия», 1969, рнс. 5 — 16, 5 — 19.

877754

4. Заброднн Ю. С. Узлы принудительной конденсаторной коммутации тиристоров. М,, «Энергия», 1974.

5. Заявка Японии № 51 — 42297, кл. Н 02 М 7/515, 1975, 6..Заявка ФРГ ¹ 1513736, кл. Н 02 М 7/505. !975.

877754

Составитель И. Жеребниа

Редактор С. Таранеико Техред.А. Бойкас Корректор О, Билак

Заказ 9638/84 Тираж 733 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР. по делам изобретений и открытий

Il3035, Москва; .Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектнаи, 4