Автономный инвертор

Автономный инвертор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е пп 567!97

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 05.05.74 (21) 2023475/07 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 30.07.77. Бюллетень № 28

Дата опубликования описания 26.08.77 (51) М. Кл. Н 02М 7/515

Государственный комитет

Совета Министров СССР (53) УДК 621 314 572 (088.8) по"делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

М. И. Абрамович, В. Е. Либер и А. А. Сакович (71) Заявитель (54) АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и предназначено для преобразования постоянного тока в переменный.

Известен инвертор напряжения, каждое плечо которого содержит силовой тиристор, параллельно которому подключена одна ветвь, содержащая гасящий диод, включенный встречно по отношению к напряжению источика питания, и другая ветвь, содержащая последовательно соединенный гасящий тиристор и вторичную обмотку импульсного трансформатора, первичная обмотка которого подключена к генератору сигналов системы управления, обеспечивающему подачу одиночного двуполярного запирающего сигнала, причем цепи управления указанных тиристоров подключены к генераторам отпирающих сигналов системы управления.

Недостатком известного инвертора является наличие наряду с узлом для запирания тиристоров по анодной цепи также и генераторов, обеспечивающих отпирание т иристоров, соединенных с их цепями управления, и комплектация силовой части инвертора из трех различных типов полупроводниковых приборов. Указанные недостатки особенно проявляются при необходимости группового соединения полупроводниковых приборов в плече инвертора, в частности при питании от источника высокого напряжения и необходимости последовательного соединения большого числа приборов.

Известен также автономный инвертор, содержащий подключенные к входным зажимам управляющих вентильные мосты, источ.ник управляющих импульсов высокой частоты, к выходам которого подключены первичные обмотки трансформаторов, а их вторич10 ные обмотки связаны с диагоналями однофазных вентильных мостов; а также подключенные к выходным зажимам через коммутирующий блок конденсаторы.

Недостатком этого инвертора является

15 наличие узлов для включения и выключения тиристоров, что усложняет устройство и снижает его надежность.

Целью изобретения является упрощение и повышение надежности.

20 Указанная цель достигается тем, что в качестве силовых вентилей использованы включенные встречно по отношению к источнику питания вентили с регулируемой длительностью проводящего состояния в обратном на25 правлении, а в диагонали вентильных мостов включены вторичные обмотки указанных трансформаторов, причем их средние точки соединены с выходными зажимами. Кроме того, источник управляюших импульсов вы30 полнен в виде высокочастотного генератора

567197

1О

65 переменного тока с соединенными последовательно выходами, каждый из которых зашунтирован двумя встречно-параллельно включенными тиристорами. На фиг. 1 показан вариант принципиальной схемы предлагаемого автономного инвертора; на фиг. 2 — сечение вентиля с регулируемой длительностью проводящего состояния в ооратном направлении с трехслойной полупроводниковой структурой; на фиг. 3 — диаграммы тока и напряжения нагрузки инвертора и тока сигналов управления для той же фазы.

В силовой части 1 инвертора каждое плечо

2 — 7 состоит из двух одинаковых ветвей 8 и

9, 10 и 11, 12 и 13, 14 и 15, 16 и 17, 18 и 19, выполненных на вентилях с регулируемой длительностью проводящего состояния. Ветви каждого плеча с одной стороны подсоединены между собой и их общие точки подключены соответственно к входным клеммам 20 и 21 инвертора. С другой стороны ветви плеч подключены к началам 22 — 24 и концам

25 — 27 вторичных обмоток 28 — 30 трансформаторов 31 — 33. Средние точки 34 — 36 вторичных обмоток подключены к выходым зажимам 37 — 39 инвертора, к которым подключена трехфазная нагрузка 40, содержащая индуктивности 41 — 43 и активные сопротивления 44 — 46. Первичные обмотки 47 — 49 трансформаторов соединены с выходами 50—

52 источника управляющих импульсов 53, имеющих форму пакетов высокочастотного переменного тока, системы управления 54.

Указанный источник управляющих импульсов 53 выполнен в виде высокочастотного генератора 55 переменного тока с соединенными последовательно выходами 50 — 52, которые зашунтированы узлами с двусторонней проводимостью 56 — 58 с соединенными встречно-параллельно тиристорами 59 и 60, 61 и 62, 63 и 64. Система управления 54 содержит также блок включения 65, состоящий из конденсаторов 66 — 68, соединенных в звезду и подключенных к выходным зажимам

37 — 39 инвертора через коммутирующий аппарат 69. Входные зажимы 20 и 21 инвертора и зажимы 70, 71 системы управления подключены к источнику питания 72.

Вентиль с регулируемой длительностью проводящего состояния в обратном направлении (см. фиг. 2) имеет два силовых вывода: электроды 73 и 74, Полупроводниковый элемент содержит слой 75 и-типа проводимости с высоким удельным сопротивлением и большим временем жизни неосновных носителей заряда. Указанный слой с одной стороны соединен через омический контакт с электродом 73, а с другой стороны образует и-р-переход 76 со слоем 77 р-типа проводимости.

Слой 77 имеет концентрацию акцепторных примесей большую, чем концентрация донорных примесей в слое 75 и толщину меньшую, чем диффузионная длина неосновных носителей заряда в слое 77. Вместе с тем, толщина слоя 77 должна быть больше, чем толщина слоя объемного заряда, образующего у n — рперехода 76 при максимальном значении запираемого напряжения, приложенного к прибору. Слой 77 образует р — и-переход 78 со слоем 79+-типа проводимости. Слой 79 имеет отверстия 80, через которые слой 77 непосредственно контактирует с электродом 74.

Если к описанному вентильному элементу приложить напряжение с положительной полярностью на электроде 73 и отрицательной на электроде 74, то на п — р-переходе 76 образуется запорный слой, и прибор не пропускает ток. При обратной полярности напряжения, приложенного к вентилю, и — р-переход

76 смещается в прямом направлении и через структуру прибора проходит ток, который замыкается на электрод 74 через отверстия в слое 79. Протекание этого слоя, называемого в дальнейшем зарядным током, вызывает эмиссию дырок из слоя 77 в слой 75, где накапливается остаточный заряд. Этот накопленный заряд смещает n — р-переход 76 в прямом направлении, поэтому при приложении в дальнейшем непосредственно после протекания зарядного тока напряжения с положительной полярностью на электроде 73 и отрицательной на электроде 74, прибор остается в проводящем состоянии и через него проходит ток, являющийся рабочим током вентиля. При протекании рабочего тока возникает эмиссия электронов из слоя 79 через р — n-переход 78, Эти электроны почти без потерь на рекомбинацию проходят через слой

77 в слой 75. Поэтому рабочий ток переносится в основном электронами, а заряд дырок в слое 75 .слабо рассасывается протекающим рабочим током, исчезая главным образом за счет рекомбинации. Поскольку время жизни неосновных носителей заряда в материале слоя 75 достаточно велико, рабочий ток может протекать относительно длительный промежуток времени, а величина рабочего тока значительно больше величины зарядного тока.

После уменьшения величины остаточного заряда до такой степени, что прекращается прямое смещение и — р-перехода 76, протекание рабочего тока через вентиль прекращается. Длительность проводящего состояния вентиля зависит от величины накопленного остаточного заряда и величины рабочего тока, следовательно, при данной величине рабочего тока длительность проводящего состояния вентиля может регулироваться величиной и длительностью зарядного тока.

Устройство работает следующим образом.

В начальный момент времени вентили 8—

19 (см. фиг. 1) под действием напряжения источника питания 72 находятся в запертом состоянии. Конденсаторы бб — 68 блока включения 65 заряжены с полярностью, указанной на фиг. 1.

Для пуска инвертора конденсаторы 66 — 68 посредством коммутирующего аппарата 69 на короткое время подключаются к выход.

567197

З0

55 ным клеммам 37 — 39 инвертора. При этом величина напряжения на конценсаторах такова, что возникает ток разряда конденсаторов, замыкающийся через вентили 8 и 9, 10 и 11, источник питания 72 и вентили 18 и 19, Величина тока равна требуемой величине зарядного тока вентилей при выбранной длительности подключения конденсаторов к инвертору. Прошедший импульс зарядного тока переводит указанные вентили в состояние проводимости в обратном направлении и ток

4 от источника питания начинает протекать в нагрузку 40.

Одновременно с началом протекания тока нагрузки через вентили 8 и 9, 10 и 11, 18 и

19 в контурах плеч 2, 3 и 7 начинает протекать высокочастотный переменный ток iI управления, подаваемый от источника управляющих импульсов 53 через трансформаторы

31 — 33. Ток управления протекает только через вентили работающих плеч, находящихся в проводящем состоянии, поскольку напряжение вторичных обмоток трансформаторов управления 31 — 33 невелико и недостаточно для отпирания вентилей, находящихся в запертом состоянии под действием напряжения источника питания 72. Величина тока i управления выбирается равной или большей величины —" +, . При этом на интервале (см. фиг. 3) протекания тока i обеспечивается перевод тока нагрузки с одной ветви работающего плеча инвертора на другую и обратно, с частотой f, равной частоте переменного тока управления i,-., а также обеспечивается протекание зарядного тока i, через вентили работающего плеча, но не проводящие тока нагрузки при данной полуволне тока управления. Для обеспечения непрерывности проводящего состояния вентилей обеих ветвей работающих плеч инвертора, полупе1 риод переменного тока управления име2 ет длительность меньшую чем минимальная длительность 4,,„„проводящего состояния вентилей в обратном направлении, имеющая место при максимальном токе нагрузки инвентора.

Для переключения тока нагрузки, например, с плеча 2 на плечо 5 подача тока управления на трансформатор 31 прерывается на время t посредством шунтирования тиристорами 59, 60 выхода 60 высокочастотного генератора 55 переменного тока. Время t, выбирается большим чем максимальная длитЕЛЬНОСтЬ tn.с.макс. ПРОВОДЯЩЕГО СОСТОЯНИЯ вентилей в обратном направлении, имеющая место при минимальном токе нагрузки инвертора. При этом перерыв в подаче тока управления приводит к запиранию вентилей плеча

2, а поскольку реактивный ток р нагрузки не может сразу прекратиться, то он начинает протекать через ветви 14 и 15 противоположного плеча 5, замыкаясь через источник питания 72 и другое работающее плечо инвертора, это приводит к переходу вентилей 14 и

15 в проводящее состояние. Поскольку переменный ток управления может протекать только через вентили работающего плеча, время 1„должно быть меньше, чем время 4,р. протекания реактивного тока нагрузки, следовательно, при возобновлении подачи через трансформатор 31 тока упр авления последний будет протекать через вентили 14 и 15, По окончании протекания реактивного тока вентили 14 и 15 остаются в проводящем состоянии благодаря протеканию тока управления и ток от источника питания 72 пойдет через плечо 5 в нагрузку, протекая в ней при этом в противоположном направлении.

Длительность цикла t подачи пакетов тока управления равна требуемой длительности

t =ti a+t протекания тока нагрузки в плече инвертора.

Формула изобретения

1. Автономный инвертор, содержащий формирователь высокочастотных управляющих импульсов, подключенный своими выходами к первичным обмоткам трансформаторов, вторичные обмотки которых имеют средние точки и связаны с вентилями, образующими однофазные мосты, соединенные с выводами для подключения источника питания, а также блок коммутации, о тл ич а ю щи и ся тем, что, с целью упрощения и повышения надежности, в качестве силовых вентилей мостов использованы включенные встречно по отношению к источнику питания вентили с регулируемой длительностью проводящего состояния в обратном направлении, а указанные вторичные обмотки включены в диагонали вентильных мостов, причем их средние точки соединены с выводами для подключения нагрузки. 2. Инвертор по п. 1, отл ич а ющийся тем, что формирователь управляющих импульсов выполнен в виде высокочастотного генератора, выходы которого соединены последовательно, а каждый из выходов зашунтирован двумя встречно-параллельно включенными тиристорами, 567197

Составитель Г. Гомола

Техред М. Семенов

Редактор В. Левятов

Корректор Л Орлова

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 1840/2 Изд. № 655 Тира>к 917 Подписное

11НИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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