Автономный инвертор напряжения

Автономный инвертор напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Реслубаик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<н788310 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 270279 (21) 2730867/24-07 с присоединением заявки No (23) Приоритет

Опубликовано 15.12.80. Бюллетень М 46 (51)М. Кл.з

Н 02 М 7/515

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК 621. 314. .572(088.8) Дата опубликования описания 15.1230

p.)

О.Г. Булатов, О.Б. Одынь и С.В. Одынь (72) Авторы изобретения (71) Заявител (54) АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР НАПРЛ;АЛЕНИН

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является схема трехфазного автономного инвертора, содержащего подключенный ко входным выводам мост основных тиристоров, шунтированных обратными диодами, общая точка которых связана через вторичные обмотки коммутирующего трансформатора с одними электродами двухоперационных тиристоров, объединенных другими своими электродами в анодную и катодную группы, однофаэный коммутирующий тиристорный мост, у которого тиристоры анодной группы зашунтированы.обратными диодами, а в диагональ переменного тока включены последовательно соединенные коммутирующая LC-цепочка и первичная обмотка коммутирующего трансформатора, шунтированная встречно последователь. но соединенными стабилитронами. Потенциальная развязка коммутирующей цепочки от основных тиристоров с помощью импульсного трансформатора и двухоперационных тиристоров в данном инверторе позволяет при минимальном количестве громоздких реактивных коммутирующих элементов обеспечить повентильную коммутацию основных тирис горов, при которой достигается хоро-.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для любого варианта схемы тиристорного инвертора напряжения с однофазной и трехфазной нагрузкой. 5

Известны схемы инверторов с узлами коммутации, построенными на основе коммутирующей цепочки из конденсатора и дросселя (11 и (2). l0

В подобных схемах увеличение фазности нагрузки приводит к увеличению количества коммутирующих конденсаторов и дросселей, снижению надежности, и росту массогабаритных показателей 15 устройства. Уменьшить количество коммутирующих реактивных .элементов можно за счет применения в инверторах узлов общей и групповой коммутации. Но при работе инвертора с такими узлами 20 на активно-индуктивную нагрузку со значительным коэффициентом мощности в выходном напряжении инвертора появляются искажения, ухудшающие его гармонический состав. Поэтому при большой с5 глубине регулирования для обеспечения удовлетворительного гармонического состава необходимо применять узлы повентильной коммутации тиристоров инвертора. 30

Московский ордена Ленина энергетический институт

788310

10 ший гармонический состав кривой выходного напряжения. Другим достоинством инвертора является воэможность регулирования напряжения на коммути рующем конденсаторе без введения специального регулируемого источника питания. Такое регулирование позволяет изменять амплитуду коммутационного тока в зависимости от величины тока нагрузки, сохраняя тем самым высокий КПД устройства при малых токах нагрузки инвертора, например при холостом ходе асинхронного двигателя (3).

Существенным недостатком этого устройства, ограничивающим его применение, является локальный перегрев структуры двухоперационных тиристоров на этапе выключения, что связано с процессом сжатия анодного тока в узкий шнур и узколокализованным тепловыделением при запирании Р-й-р— И структуры импульсом тока управления. Локальный перегрев, достигающий температуры порядка 400 С, приводит к большой тепловой перегрузке двухоперационных тиристоров, что приводит к снижению надежности.

Цель изобретения — повышение надежности за счет снижения тепловой перегрузки двухоперационных тиристоров.

Поставленная цель достигается тем, что в автономный инвертор напряжения, содер>кащий подключенный ко входным выводам трехфазный мост основных тиристоров, шунтированных обратными диодами, общая точка которых связана через вторичные обмотки коммутирующего трансформатора с одними электродами двухоперационных тиристоров, объединенных другими своими электродами в анодную и катодную группы, однофаэный коммутирующий тиристорный мост, у которого тиристоры анодной группы зашунтированы обратными диодами, а в диагональ переменного тока включены последовательно соединенные коммутирующая LC-цепочка и первичная обмотка коммутирующего трансформатора,, включены последовательно с тиристорами катодной группы указанного однофазного моста дополнительные обмотки коммутирующего трансформатора.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого автономного инвертора напряжения в трехфазном мостовом варианте исполнения, на фиг, 2 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства на интервале коммутации.

Трехфазный инвертор с основными тиристорами 1-6, шунтированными обратными диодами 7-12 и последователь ным соединением вторичных обмоток

13-18 импульсного трансформатора 19, с двухоперационными тиристорами 20-25 работает на трехфазную нагрузку 26 и содержит однофаэный мбст из тиристоров 27-30, тиристоры 27 и 28 которого

65 шунтированы обратными диодами 31 и

32. Диагональ .постоянного тока моста подключена к источнику питания инвертора, а диагональ переменного тока содержит последовательно соединенные коммутирующую цепочку 33 из конденсатора 34 и дросселя 35 и первичную обмотку 36 трансформатора 19. Для снижения тепловой перегрузки двухоперационных тиристоров 20-25 последовательно с тиристорами 29-30 включены дополнительные обмотки 37-38 трансформатора 19.

Инвертор работает следующим образом.

Если в начальный момент времени открыты тиристоры 1, 3 и 5, а коммутирующий конденсатор 34 заряжен при .положительном потенциале на правой

t обкладке, то в момент времени Ь начинается процесс коммутации тиристора 1. Для запирания тиристора 1 подают положительные управляющие импульсы на тиристоры 27 и 30. Конденсатор

34 начинает перезаря>каться по контуру 34-35-36-32-37-34 (см. фиг. 2 а), а через тиристор 1 протекает ток (см. фиг. 2 в), равный разности тока нагрузки фазы A j и тока указанного колебательного контура iЭ4, приведенного через коэффициент трансформации ко вторичной обмотке 13 транс.l форматора 19 (см. ток i э, на фиг.2 б) .

После момента времени t ток i>4 становится по величине больше тока и ток, равный их разности, переходит в диод 7, а тиристор 1 оказывается под обратным анодным напряжением и восстанавливает непроводящие свойства. На интервале времени t<-t> ток (134 возрастает до максимума и начинает спадать. В момент t до того, как ток i + спадет до величины тока

1д, подают отпирающий импульс управления на тиристор 30 и запирающий отрицательный импульс тока управления на двухоперационный тиристор 20.

При отпирании тиристора 30 обмотка 38 через этот тиристор и диод 20, проводящий ток некоторое время в обратном направлении, подключается к источни- ку питания инвертора и на обмотке 13 возникает импульс напряжения с амплитудой E K р, где К > — коэффициент трансформации, равный отношению числа витков обмотки 13 к числу витков обмотки 38. Если К„ 7 1; то тиристор 20 оказывается йод обратным анодным напряжением, равным Е, (Ктр -1), которое совместно с импульсом отрицательного тока управления приводит к комбинированному выключению двухоперационного тиристора 20. По существу эквивалентная схема, приведенная к обмотке 13 трансформатора 19 на этапе выключения тиристора 20 (интервал с - t<), представляет собой последовательную цепочку, состоящую из источника питающего напря;ке. ия Е ), 788310

Формула изобретения

60 источника импульсного напря>кения

Е К р, направленного встречно первому источнику и превышающего его по величине, проводящих ток в прямом направлении тиристора 30 и диода 10, по которому начинает протекать ток

I, и проводящих ток на интервале

t + - t< в обратном направлении тирйстора 20 и диода 32; причем диод 32 выбирают таким образом, чтобы время эксплуатации неосновных носителей в его базе (это время определяет величину и скорость спада накопленного в базе диода 32 избыточного заряда) было больше времени эксплуатации неосновных носителей в п-базе тиристора 20. Поэтому тиристор 20 первым в момент tp восстанавливает непроводящие свойства в обратном направлении (см. фиг. 2 е), и именно к нему в данный момент времени прикладывается практически все напряжение Ед(К Р -1) в обратном направлении (см. фиг.2 ж), так как. диод 32 в момент t4 еще имеет существенно меньшее, чем у тиристора 20, сопротивление в обратном направлении из-за оставшегося в нем избыточного заряда. Таким образом, импульс обратного анодного напряжения сохраняется на тиристоре 20 до момента t, когда заканчивается процесс снижения до равновесного значения заряда неосновных носителей в базе диода 32, накопленного во время протекания через этот диод прямого анодного тока (см. интервал на фиг. 2 д). В момент t6. сопротивле. ние диода 32 в обратном направлении резко увеличивается и на обмотке 13 перестает наводиться напряжение

Y. Ed, что .приводит к появлению на тйристоре прямого напря>кения Е с> (см. фиг. 2 ж).

Одновременно с процессом выключения тиристора 20 при отпирании тиристора 30 начинается процесс дозаряда конденсатора 34 по контуру 34-35-36 — 38-30-источник питания инвертора-27-34. Наличие источника напряжения в данном контуре позволяет восполнить потери энергии в коммутирующей LC-цепочке, имеющие место на интервале времени t< - t . Встречное включение обмоток 36 и 38 при равенстве их витков обеспечивает взаимокомпенсацию создаваемых ими магнитных потоков в сердечнике трансформатора 19. Поэтому из схемы инвертора может быть исключена цепочка встречно включенных стабилитронов, которая шунтировала обмотку 36 в известном устройстве и служила для того, чтобы исключить перенапряжение на обмотках трансформатора 19, возникающее в момент разрыва в его вторичной цепи при запирании THpHcTQpB 20, поскольку в дросселе 35 в это время протекает большой ток, который не может быть мгновенно прерван.

В момент t6 ток i>4 =0, и тиристоры 27 и 30 выключаются, после чего в принципе возможна коммутация очередного основного тиристора инвертора.

В следующий коммутационный такт сначала осуществляют отпирание тиристора 28 и двухоперационного тиристора, шунтирующего очередной запираемый основной тиристор инвертора, а затем через время задержки с ц, t>-t осуществляют отпирание тиристора 29 и подачу импульса отрицательного тока управления на двухоперационный тиристор, который запирается комбинированным способом, как запирался двухоперацилнный тиристор 20 на предыдущем коммутационном такте.

Регулирование времени д позволяет, как и в известном устройстве, производить регулирование напряжения на конденсаторе 34, а значит, и амплитуды тока в коммутирующей цепочке

33, что обеспечивает минимальные коммутационные потери при работе инвертора на изменяющуюся по величине нагрузку.

Совместное воздействие импульсов отрицательного тока управления и обратного анодного напряжения (так называемое комбинированное выключение тиристора) позволяет придать процессу выключения одномерный характер, что устраняет локальный перегрев р-и-р-ti структуры и, таким образом, существенно уменьшает тепловую перегрузку двухоперационных тиристоров

20-25, в результате чего удается в

5-8 раз повысить мощность, коммутируемую этими тиристорами по сравнению с их выключением только по управляющему электроду.

Столь существенное улучшение коммутационной способности двухоперационных тиристоров достигается при улучшенных массогабаритыых показателях инвертора по сравнению с известной схемой, так как схема устройства дополняется лишь двумя небольшими обмотками (трансформатор 19 работает в импульсном режиме, причем большую часть времени — на интервале t< при малом перемагничивающем напряжении), тогда как два стабилитрона, имеющие значительно больший вес и габариты, чем две дополнительные обмотки, исключаются из схемы инвертора.

Отсутствие потерь энергии в цепочке встречно включенных стабилитронов позволяет улучшить КПД предлагаемого устройства.

Автономный инвертор напряжения, содержащий подключенный ко входным выводам трехфазный мост основных тиристоров, шунтированных обратными диодами, выводы переменного тока которого связаны через вторичные обмотки коммутирующего трансформатора с одни788310 ми электродами двухоперационных тири сторов, объединенных своими другими электродами в.анодную и катодную группы, однофазной коммутирующий тиристорный мост, тиристоры анодной группы которого эашунтированы обратньвя диодами, а в диагональ переменного тока включены последовательно соединенные коммутирующая LC-цепочка ,и первичная обмотка коммутирующего трансформатора, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения надежности, коммутирующий трансформа тор снабжен двумя дополнительными обмотками, включенными последовательно с тиристорами катодной группы однофаэного моста.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Бедфорд Б. и Хофт P. Теория автономных инверторов. М., "Энергия", 1969.

2 ° Забродин Ю.С. Узлы принудительной конденсаторной коммутации тиристоров. М., "Энергия", 1974.

3. Авторское свидетельство СССР

9 564698, кл. Н 02 М 7/515, 1975.

788 31О

Фиг. 2

Составитель И.Жеребина

Редактор П.Бабич Техред Н.Бабурка . Корректор B ..Бутлю

Заказ 8371/бб Тирам 783 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная. 4