專利名稱：一種短路自保護可控硅單相逆變器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于可控硅變流技術領域。
可控硅(SCR)變流技術已經廣泛地應用在各種電源設備中，進行直流、交流、電壓、電流、和頻率變換。圖一是一種可控硅單相逆變器，按照換流電容和負載的聯接方式，它使用了并聯換流電容④和串聯換流電容⑨，一般稱為串并聯混合式逆變器。
這種逆變器的主要工作原理如下。整流后的直流電壓被兩個二分之一濾波電容①和②分壓，分別作為上回路和下回路的恒壓源；上回路可視為，濾波電容① 換流電感③，快速熔斷器⑦，SCR(11)和續流二極管⑩，并聯換流電容④和串聯換流電容⑨與負載變壓器⑤；下回路可視為，濾波電容② 換流電感⑥，快速熔斷器⑧，SCR(13)和續流二極管(12)，并聯換流電容④和串聯換流電容⑨與負載變壓器。逆變器工作時，SCR(11)和SCR(13)交替導通。合理選擇換流電感，換流電容，負載變壓器變比，和SCR參數，可以實現直流——交流的電壓、電流和頻率變換。若需直流輸出，在變壓器⑤的副邊接入整流電路可得。這種遞變器的主要特點有，SCR主回路自然換流，沒有強迫關斷回路，使用元件較少；同時具備并聯逆變器不怕負載開路和串聯逆變器不怕負載短路的優點，特別適合于動態變化的容性負載，例如各種電火花加工用脈沖電源和脈沖固體激光電源。
這種逆變器存在一個不可克服的缺陷，即偶發的隨機因素致使上下兩回路的SCR同時導通，導致SCR的過流損壞和逆變器前方整流器件的過流損壞。雖然可以合理設計回路元件參數，但要精確計算實用整機中的全部分布參數是很困難的，給電路實際運行調試帶來了許多困難。另外，當逆變器工作于高電壓，大電流，高重復頻率條件之下，強烈的電磁輻射和干擾隨時可能導致上下兩回路的SCR同時導通。與SCR并聯阻容吸收元件是一種防范措施，這只能減小SCR過電壓引起的誤導通的可能性，對已經導通的SCR無過流保護作用。另一保護措施是在主回路中接入斷路裝置。常用的有快速熔斷器，動作時間20毫秒，特點是簡單實用，過流保護后需停機接入新的熔斷器，快速熔斷器造價較高，是普通熔斷器價格的幾十倍。在大型逆變器中，可以采用直流快速開關(約30ms分斷)，或采用電子電路過流保護(約10ms分斷)，但是直流快速開關造價高，電子電路保護線路復雜，對保護線路本身的可靠性，穩定性要求更高。
為從根本上克服上述逆變器中兩個SCR非正常連通導致的過流損壞，本實用新型設計出一種改進型電路，在原有元件和電路基礎上，增加了一個電容和一個泄放電阻，接線稍作改動，仍然保留了這種逆變器線路簡單，自換流關斷，適于容性變化負載等特點。
改進后的電路如圖二所示，接入一個隔直電容14和一個泄放電阻15。隔直電容14能夠起到兩個作用，首先是隔開了上下兩個SCR直流連通回路，其次是充許逆變器正常工作的交變電流通過。泄放電阻15也能起兩個作用。首先是限制了上下兩個SCR連通最大電流，其次是泄放由于上下回路參數不對稱在電容15上逐步積累的直流偏置電壓。
分析該電路可以看出，當上回路SCR正常工作導通時，電容14與電容⑨的串聯等效電容，起著原來的串聯換流電容的作用。當下回路SCR正常導通時，電容14與電容④的串聯等效電容，起著原來并聯換流電容的作用。如果選擇電容器14的數值遠遠大于電容⑨和電容④的數值，可以認為電容14串接電容⑨近似等于電容⑨，電容14串接電容④近似等于電容④，這樣便起到切斷兩個SCR直流連通回路和滿足逆變器基本工作參數。由于接入電容14后，將在該電容上逐漸積累一個上正下負的直流偏置電壓，并聯泄放電阻15可以消除這個直流偏置電壓。選擇電阻15的數值應滿足兩點，一是電容14與電阻15的時間常數RC盡量小于逆變器工作周期，二是根據SCR的額定電流I，逆變器前方直流電壓E，使電阻15的數值R＞ (E)/(I) 。這樣，即使偶然隨機因素導致上下兩個SCR連通，仍有電阻15限制連通最大電流，不使SCR過流損壞。
這種逆變器使用于變化容性負載的典型是脈沖電容器儲能網絡，如固體激光器的閃光燈泵浦電源和電火花加工用脈沖電源等。圖三是一幅脈沖固體激光電源主要原理示意圖。脈沖固體激光器一般采用閃光燈泵浦，泵浦能量由脈沖電容器提供，逆變器中變壓器⑤的副邊接整流橋16，對脈沖電容17充電儲能，電容17和電感18構成的脈沖成形網絡(PFN)經放電可控硅開關19，點亮閃光燈20。當逆變器給電容17充電時，可控硅19關斷。當可控硅19開通，閃光燈20點亮時，逆變器停止充電。逆變器中的SCR(11)和13選用快速開關可控硅時，逆變器的工作頻率可達10KHz。由變壓器公式可得，同樣額定功率時，工作頻率提高時，鐵芯或磁芯體積和線圈繞組匝數都減少，對于幾千瓦輸出的大功率脈沖變壓器，使用在10KHZ工作頻率時，變壓器的重量、體積，成本都很大程度地減少，因此電源整機的各項指標均能提高。
權利要求1.一種短路自保護可控硅單相逆變器，該逆變器由上下兩回路組成，所說的上回路的元件有二分之一濾波電容①，換流電感③，快速熔斷器⑦，可控硅(11)和續流二極管⑩；所說的下回路的元件有二分之一濾波電容②，換流電感⑥，快速熔斷器⑧，可控硅(13)和續流二極管(12)；串聯換流電容⑨與負載變壓器⑤串聯后，再與并聯換流電容④并行聯接構成上回路和下回路的公共回路，其特征是，由隔直電容(14)和泄放電阻(15)并聯后，一端聯接上回路可控硅(11)的陰極和并聯換流電容④，另一端聯接下回路可控硅(13)的陽極和串聯換流電容⑨。
專利摘要一種短路自保護可控硅單相逆變器，本實用新型屬于可控硅變流技術領域。將申并聯混合型逆變器的接線稍作改動，接入一個隔直電容和泄放電阻，不僅保留了逆變器線路簡單，自換流關斷，適于容性變化負載等優點，還杜絕了兩個可控硅偶然直流聯通時導致的過流損壞，降低了對可控硅觸發電路可靠性的要求。本實用新型可以廣泛地使用于幾十千瓦以下中小功率變流裝置中。
文檔編號H02M7/505GK2073192SQ9020852
公開日1991年3月13日 申請日期1990年6月12日 優先權日1990年6月12日
發明者張銳, 龍曉, 王殿奎, 吳福順, 姚建銓 申請人:天津大學