Многоступенчатый транзисторно-тиристорный инвертор

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве преобразователя постоянного напряжения в переменное стабильной частоты, причем на выходе обеспечивает многоступенчатое напряжение по форме очень близкой к синусоиде с минимальными значениями высших гармоник, не требующих фильтров. Многоступенчатый транзисторнотиристорный инвертор содержит транзисторный инвертор, трансформатор с n последовательно соединенными секциями вторичных обмоток и n пар параллельно-встречных тиристоров с блоком управления, причем n пар параллельно-встречных тиристоров одним концом подключены к местам соединения вторичных обмоток, а другим концом к общей нагрузке. При этом тиристоры управляются блоком управления таким законом, который на выходе обеспечивает многоступенчатое напряжение, близкое к синусоидальной форме.(71)(73) Заявитель и патентовладелец: РЕСПУБЛИКАНСКОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ НА ПРАВЕ ХОЗЯЙСТВЕННОГО ВЕДЕНИЯ"КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ К.И. САТПАЕВА" МИНИСТЕРСТВА ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве преобразователя постоянного напряжения в переменное напряжение постоянной частоты. Известно множество инверторов общепромышленного и специального исполнения. Задача инвертирования электроэнергии в настоящее время решается преимущественно так называемыми статическими преобразователями, наиболее эффективными среди которых по КПД и массогабаритным показателям,являются полупроводниковые транзисторно-тиристорные преобразователи. Известен инвертор с многоканальными выпрямителями, содержащими, как на первичной так и на вторичной обмотках трансформатора по транзисторному инвертору. В зависимости от количества секций на вторичных обмотках трансформатора на выходе получается многоступенчатое напряжение [Моин В. С. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М. Энергоатомиздат, 1986, 376 с. ил., cтр. 221]. Недостатками данного транзисторного инвертора является двукратное преобразование электроэнергии. В начале постоянный ток преобразовывается в переменный ток повышенной частоты, а далее происходит выпрямление и преобразование в многоступенчатое напряжение требуемой частоты. При этом снижается КПД из-за возрастания комплектующих элементов всего устройства и увеличивается его массогабаритные размеры. Задачей изобретения является разработка транзисторно-тиристорного инвертора с наименьшими комплектующими составляющими и получение выходного напряжением синусоидальной формой. Данное изобретение обеспечивает форму кривой выходного напряжения очень близкой к синусоиде и с минимальными значениями высших гармоник. Это осуществляется за счет того, что дополнительно включены n пар параллельно-встречных тиристоров с блоком управления, а трансформатор имеет n последовательно соединенных вторичных обмоток, причем n пар параллельно-встречных тиристоров одним концом подключены к местам соединения соединенных вторичных обмоток, а другим концом - к общей нагрузке, при этом тиристоры управляются блоком управления таким законом, который на выходе обеспечивает многоступенчатое напряжение, близкое к синусоидальной форме, кроме того - к выходу транзисторного инвертора подключена первичная обмотка трансформатора. Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема многоступенчатого транзисторно-тиристорного инвертора; на фиг. 2 представлена диаграмма выходного напряжения многоступенчатого транзисторнотиристорного инвертора. Многоступенчатый транзисторно-тиристорный инвертор содержит инвертор и трансформатор с n последовательно соединенными секциями вторичных обмоток, а также n пар тиристоров с блоком управления, причем пара тиристоров включена параллельно-встречно. Многоступенчатый транзисторно-тиристорный инвертор работает следующим образом. Инвертором И постоянное напряжение преобразуется в переменное напряжение высокой промежуточной частоты fп, и это напряжение трансформатором увеличивается до требуемого значения (фиг. 1). С момента времени t = t1 (фиг. 2) открывается один из первых пар параллельно-встречных тиристоров T1 и в нагрузку попадает выпрямленное однополупериодное напряжение высокой частоты от первой секцииW1 вторичной обмотки трансформатора до момента времени t = t2, потом этот тиристор T1 закрывается и открывается один из вторых пар параллельно-встречных тиристоров Т 2. При этом в нагрузку попадает выпрямленное однополупериодное напряжение высокой частоты от двух секции W1 и W2 вторичных обмоток трансформатора. Если требуется включение третьей, четвертой и так далее секций вторичных обмоток трансформатора в нагрузку через тиристоры, то этот алгоритм включения обмоток будет продолжаться до момента времени t = tn. В момент времени t = tn открывается n-й из параллельно-встречных тиристоров Тn и в нагрузку попадает выпрямленное однополупериодное напряжение высокой частоты отn последовательно соединенных секций Wn вторичных обмоток, причем через промежуток времени, когда t = tn-1 закрывается n-й тиристор Tn. Далее процесс будет продолжаться в обратной последовательности, т. е. в момент времени t = tn-2 закрывается Т 2 и в момент времени t = tn-3 - T1. Так формируется положительная полуволна выходного напряжения, которая будет иметь многоступенчатую выпрямленную форму, близкую к синусоиде. Здесь следует отметить, что блоком можно регулировать амплитудой напряжения на каждом интервале времени. Для формирования отрицательной полуволны выходного напряжения с момента времени t = t1+T/2(фиг. 2) открывается один из первых пар параллельно-встречных тиристоров Т 1' и в нагрузку попадает выпрямленное однополупериодное напряжение высокой частоты от первой секции W1 вторичной обмотки трансформатора до момента времени t = t2 +T/2, потом этот тиристор Т 1' закрывается и открывается один из вторых пар параллельно-встречных тиристоров Т 2'. При этом в нагрузку попадает выпрямленное однополупериодное напряжение высокой частоты от двух секции W1 и W2 вторичных обмоток трансформатора. Если требуется включение третьей, четвертой и так далее секций вторичных обмоток трансформатора в нагрузку через тиристоры, то этот алгоритм включения обмоток будет продолжаться до момента времени t = tn +Т/2. В тот же момент времени t = tn +T/2 открывается n-й из параллельно-встречных тиристоров Tn' и в нагрузку попадает выпрямленное однополупериодное напряжение высокой частоты отn последовательно соединенных секций Wn вторичных обмоток, причем через промежуток времени, когда t = tn-1 закрывается n-й тиристор Tn'. Далее процесс будет продолжаться в обратной последовательно-1 019073 сти, т. е. в момент времени t = tn-2 +Т/2 закрывается Т 2' и в момент времени t = tn-3 +T/2-T1'. Так формируется отрицательная полуволна выходного напряжения, которая будет иметь многоступенчатую выпрямленную форму близкой к синусоиде. Здесь также следует отметить, что блоком можно регулировать амплитудой напряжения на каждом интервале времени. Таким образом, напряжение на выходе многоступенчатого транзисторно-тиристорного инвертора имеет многоступенчатую форму, состоящую из однополупериодных выпрямленных напряжений высокой частоты и эта частота напряжения на нагрузке будет равна где fп - промежуточная частота на выходе инвертора, n - число выпрямленных периодов напряжения промежуточной частоты. Как видно из графика выходного напряжения (фиг. 2) и из последнего выражения (1), на нагрузке происходит формирование напряжения необходимой частоты из выпрямленных напряжений высокой промежуточной частоты. Например, при промежуточной частоте на выходе инвертора fп= 20000 Гц и при числе выпрямленных периодов n = 400 частота напряжения на нагрузке будет равна. Известно, что при высокой частоте напряжения массогабаритные размеры трансформатора снижаются, что приводит к снижению массогабаритных размеров всего инвертора. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Многоступенчатый транзисторно-тиристорный инвертор, содержащий инвертор и трансформатор,отличающийся тем, что дополнительно содержит не менее двух пар параллельно-встречных тиристоров с блоком управления ими, при этом трансформатор имеет не менее двух последовательно соединенных вторичных обмоток, причем каждая из пар параллельно-встречных тиристоров одним концом подключена к местам соединения вторичных обмоток, а другим концом - к общей нагрузке, при этом блок управления выполнен с возможностью формирования на выходе вторичных обмоток трансформатора напряжения, по форме близкого к синусоидальной, кроме того, к выходу транзисторного инвертора подключена первичная обмотка трансформатора.