Преобразователь постоянного тока в переменный

ОП ИСАЙИ Е

ИЗОБРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соввтскик

Социвпистичесиик

Рес ублик (и>964920 (61) Дополнительное к авт. авнд-ву (22)Заявлено 04.12.80 (21) 3215389/24-07 с присоединением заявки № (23).Приоритет (53)М. Кл.

Н 02 М 7/515

3Ьвударстоваб1 коивтвт

CCCP ао долам взобрвтвнвй и открытой (53) УДК 621. .314.57 (088.8) Опубликовано 07.10.82. Бюллетень №37

Дата опубликования описания 10 . I 0 .82 (72) Авторы изобретенн»

С.Г. Гуревич, 10.П. Качан, В. В. Надот, и С.А. федосии

Всесоюзный научно-исследовательский, конструкторский и технологический инс частоты им. B,Ï. Вологдина и Ленингра институт им. В.И. Ульянова

1." йкЬФ (71) Заявители иче кии (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

В ПЕРЕМЕННЫЙ

Изобретение относится к преобразо .вательной технике, а именно к вентильным преобразователям частоты для электротехнологии. Оно может быть использовано при разработке преобразователей звуковой и ультразвуковой частоты для питания установок индукционного нагрева металлов и ультразвуковой технологии, которые находят широкое применение в машиностроении, щ металлургической промышленности, трубосварке и т ° и.

Известно, что схема любого преобразователя постоянного тока в переменный включает в себя силовые элементы >s (тиристоры, диоды, конденсаторы, катушки и т.д.) и вспомогательные цепи, обеспечивающие снятие перенапряжений, подавление высокочастотных колебаний в моменты коммутаций силовых вентилей и ограничивающие скорость нарастания напряжения на .тиристорах вентильных ячеек преобразователя, что необходимо .для устой чи вой работы преобра зова теля Р 1 g.

Обычно демпфирующие цепи состоят из резисторов и конденсаторов, величины которых зависят от параметров силовой схемы преобразователя, его рабочей частоты и свойств вентилей (тиристоров, диодов) силовой ячейки.

Применение таких RC-цепей приводит к следующим недостаткам: значительная мощность резисторов RC-цепей на средних (звуковых) и ультразвуковых частотах и, как следствие, значительные размеры и вес этих устройств; нагрев силовых тиристоров преобразователя, обусловленный тем, что для лучшего демпфирования паразитных колебаний и ограничения скорости нарастания напряжения на тиристорах в RC-цепях обычно используют малые по величине безиндуктивные резисторы,но при этом ток разряда демпфирующих конденсаторов веник. а ско3 964920 рость нарастания тока в момент включения тиристоров преобразователя ничем не ограничивается; снижение КПД преобразования, особенно на ультразвуковых частотах, когда мощность

RC-цепей становится соизмеримой с мощностью преобразователя .

Стремление в какой"то степени преодолеть эти недостатки привело к появлению так называемых ".сложных" ф

RC-цепей, в состав которых кроме резисторов и конденсаторов входят и диоды (2).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является д ,преобразователь постоянного тока в переменный ° Этот преобразователь содержит инверторный мост на тиристорах с обратными диодами, в одну диагональ которого включены коммутирующий конденсатор и индуктивность, а в другую - разделительная емкость, сглаживающий дроссель и нагруэочный контур, состоящий из индуктора, зашунтированного емкостью.. К источнику пи- тания инвертор подключен через входной дроссель. Параллельно каждому силовому тиристору и обратному диоду, образующим силовую вентильную ячейку, присоединены демпфирующие цепи, образованные диодами и конденсаторами без резисторов. Заряд конденсаторов этих цепей осуществляется через диоды, а разряд, помимо силовых вентильных ячеек - через вспомогательные

35 тиристоры и повышающие трансформаторы, вторичные обмотки которых через диоды подключены на разделительную емкость преобразователя, причем, вспомогательные тиристоры должны включаться одно о временно с соответствующими тиристорами силовых ячеек $ 3).

Схема прототипа имеет следующие недостатки: колебательный процесс заряда конденсаторов демпфирующих цепей, что вызывает вдвое больший ска45 чок напряжения на вентильной ячейке в момент запирания силовых вентилей; невозможность разряда демпфирующих конденсаторов на интервале от выключения обратных диодов до очередного

:включения тиристоров; процесс разряда демпфирующего конденсатора при условии, что вспомогательный трансформатор является повышающим и всегда имеет определенную индуктивность рассея- И ния, также носит колебательный характер. Однако, этот конденсатор не может перезарядиться, так как при

4 этом сразу же включится зарядный диод демпфирующей цепи, и ток первичной обмотки трансформатора замкнется через силовую вентильную ячейку преобразователя.

Цель изобретения - устранение указанных недостатков.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе постоянного тока в переменный,. содержащем инвертирующий мост на тиристорах, шунтированных обратными диодами, подсоединенный к выводам для источника питания через сглаживающий LC-фильтр, причем в диагонали переменного тока подключен коммутирующий конденсатор, а коммутирующие дроссели подключены последовательно с каждым из тиристоров, и выходные выводы через разделительный конденсатор связаны с диагональю постоянного тока указанного моста, параллельно каждому из тиристоров и обратных диодов подключена демпфирующая цепочка, состоящая из последовательно соединенных диода, резистора и конденсатора, параллельно каждой цепочке из демпфирующих диода и резистора подключены через диоды первичные обмотки вспомогательных трансформаторов, вторичные обмоткикоторых соединены попарно-последовательно и через развязывающие диоды подключены к конденсатору LC-фильтра.

Схема устройства приведена на чертеже.

Преобразователь состоит иэ инверторного моста с силовыми вентилями (тиристорами) 1-4 и обратными диодами 5-8, коммутирующего конденсатора 9, коммутирующих дросселей 10- 13.

К источнику питания, например выпрямителю, инвертор подключен через входной дроссель 14. Через разделительный конденсатор 15 к выходу преобразователя подключается нагрузка 16. Это может быть индукционный нагреватель, магнитострикционный преобразователь и т.п. Реактивную составляющую сопротивления нагрузки необходимо скомпенсировать, В устройство входят также демпфирующие цепи, состоящие из зарядных диодов 17-20, резисторов 21-24, конденсаторов 25-28, разрядных трансформаторов (например воздушных), первичные обмотки 29-32 которых через диоды 33-36 включены параллельно соответствующим цепочкам: зарядный

Формула изобретения

Преобразователь постоянного тока; в переменный, содержащий инвертирующий мост на тиристорах, шунтированных обратными диодами, подсоединенный к выводам для источника питания через сглаживающий LC-фильтр, причем в диагонали переменного тока подключен коммутирующий конденсатор, а ком" мутирующие дроссели подключены последовательно с каждым из тиристоров, и выходные выводы через разделитель-. ный конденсатор связаны с диагональю постоянного тока указанного моста, параллельно каждому из тиристоров и обратных диодов подключена демпфирующая цепочка, состоящая из последовательно соединенных диода, резистора и конденсатора, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения энергетических показателей преобразователя, параллельно каждой цепочке из демпфирующих диода и резистора подключены через диоды первичные об" мотки вспомогательных трансформаторов, вторичные обмотки которых соединены попарно-последовательно и через ,развязывающие диоды подключены к кОн денсатору 1 С-фильтра.

1. Ситник Н.Х. Силовая полупроводниковая техника. И., "Энергия", 1968, с. 285-286.

2. Лабунцов В.А. и Тугое Н.И. Ди.,намические режимы эксплуатации мощных тиристоров. И., "Энергия", 1977, :.с. 142.

3. Авторское свидетельство СССР 508881, кл. Н 02 M 7/515; 1970.

5 96492 диод (17-20) - резистор (21-24), а

,вторичные обмотки 37-40 соединены ! ,попарно-последовательно и через раз1вязывающие диоды 41 и 42 подсоединеI

1ны к фильтровому конденсатору 43, $ который включен на входе преобразоil вателя.

Преобразователь работает следую. щим образом.

Импульсы управления поступают од- 10 новременно на тиристоры 1 и 3. Ти ристоры включаются, и по цепи ком:мутирующий дроссель 10 - конденсатор 9 - коммутирующий дроссель 12нагрузка 16 - разделительный кон- 1$ денсатор 15 проходит полуволна тока.

Параметры этой цепи подбираются та. ким образом, чтобы она работала как колебательный контур ° Как только ток в силовой цепи меняет направление, 20 тиристоры 1 и 3 выключаются, а диоды 5 и 7 включаются, и в цепи нагрузки ток проходит в противоположном направлении. По окончании описанного колебательного процесса дио- 2$ ды 5 и 7 выключаются. При подаче импульсов управления на тиристоры 2 и 4 процессы в схеме аналогичны.

Одновременно с указанными процессами в силовой схеме определенным об- « р разом работают и демпфирующие цепочки

В момент включения силовых вентилей

1 и 3 (2 и 4) происходит разряд конденсаторов 25 и 27 (26 и 28) демпфирующей цепочки через первичные обмотки 29 и 31 (30 и 32) трансформаторов.

При этом параметры трансформаторов (индуктивность первичной и вторичной обмоток, коэффициент их связи) должны быть выбраны таким образом, чтобы остаточное напряжение на демпфирующих конденсаторах и ток первичных обмоток трансформаторов в конце разряда были близки к нулю. Это обеспечивает практически полный возврат энергии, запасенный демпфирующими конденсаторами 25-28, источнику питания инвертора (в конденсатор 43). В момент выключения силовых вентилей 1-4 конденсаторы демпфирующих цепей заряжаются через соответствующие диоды (17 и 20) и резисторы (21 и 24), ограничивая скорость нарастания напряжения на ти" ристорах преобразователя.

По сравнению с известными в предлагаемом преобразователе снижаются в

0 6

"2-4 раза (в зависимости от режима ра боты) потери в демпфирующих цепях.

Кроме того, существенным образом уменьшаются потери в тиристорах за

:счет снижения амплитуды и скорости нарастания разрядного тока конденсаторов демпфирующих цепей.

Также за счет снижения коммутационных перенапряжений исключается необходимость применения вентилей вы. соких классов.

Источники .информации, принятые во внимание при экспертизе !