Тиристорный инвертор

Тиристорный инвертор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ< 851702

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 13. 11.79 (2I ) 2839275/24-07 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 30.07.81. Бюллетень № 28 (5! )М. К л.

Н 02 М 7/515//

Н 02 М 5/27 Государственный коинтет

СССР (5З) УД К6 2 1.314..572(088,8> нп денем изобретений и нткрытнй

Дата опубликования описания 30. 07.81

П. Д, Андриенко, В. Н. Сухарев, Ю. Ит Грияина,:В. Г. Мамонтов и В. Г. Теренник ;. --, 1 (72) Авторы изобретения (7! ) Заявитель (54) ТИРИСТОРНЫЙ ИНВЕРТОР

Изобретение относится к электротехнике, в частности дпя преобразования частоты питающей сети, и может быть использовано в регулируемых эпектроприводах переменного тока.

Известен инвертор, используемый в схеме преобразователя частоты, содержащий коммутирующие трансформаторы с рабочими и дополнительными обмотками, основные тиристоры и мост обратных диодов, . „ коммутирующие конденсаторы, при атом рабочие обмотки коммутирующего транс» форматора включены послецовательно с основными тиристорами, дополнительные обмотки коммутирующего трансформатора включены последовательно с тиристорами и встречно-поспецоватепьно с рабочими обмотками (1 ).

Нецостатки известного устройства заключаются в том,что оно имеет большие га- zg бариты трансформатора, так как его рабочие обмотки обтекаются током нагрузки, а это вызывает увепичение объема меди трансформатора; кроме того, необходимы цопопнитепьные обмотки цпя размагничивания сердечника коммутирующего трансформатора, работа в широком диапазоне изменения напряжения источника постоянного напряжения невозможна, и напряжение на коммутирующих конденсаторах зависит от напряжения этого источника.

Известен также инвертор, используемый в схеме преобразователя частоты, содержащий поспедоватепьно соединенные тиристоры и включенную межцу ними индуктивность с отводом от средней точки, подключенную параппепьно источнику постоянного тока, при этом параллельно каждому тиристору и половине инцуктивностн вкпючены коммутирующие конденсаторы и диоды обратного тока 52).

Недостатком этого устройства является то, что обмотки коммутирующей индук» тивности включены поспедовате ьно с ти ристорами, через которые нроходит ток нагрузки, это ведет к увеличению объема меди в коммутирующей индуктивности. При таком вкпючении дросселя его магнитопровод перемагничивается по частной петле гистерезиса, что ведет к увепичению объема стали сердечника. Кроме того, существенным недостатком схемы явпяется невозможность работы в широком диапа- . зоне изменений питающего напряжения и зависимость электромагнитных процессов в коммутирующем контуре от параметров нагрузки.

Наиболее близким к предлагаемому является инвертор, содержащий стойки ключей, причем каждый из ключей состоит иэ последовательно включенных раздепитеньного диода, тиристора и коммутирующего дроссепя. Параллельно каждому тиристору и дроссепю включен коммутирующий конReHcaTop, а диоды обратного тока включены встречно-параппепьно каждому ппечу, Вспомогатепьный источник постоянного тока включен паранлельно коммутирукядим конпенсаторам, соединенным между собой, : последовательно (3).

Недостатком известного устройства является то, что коммутирующие дросселя включены последовательно с тиристорами, через которые проходит ток нагрузки, что ведет к увеличению объема меди обмоток дросселя. Сердечник дросселя перемагничивается по частной петле гистерезисв, что ведет к необходимости увеличения обьема стали сердечника. Увепичение объема меди обмоток и объема стали сердечника дросселя ведет к увеличению его массы и габаритов.

В момент коммутации поспе спада то ка до нуня в запираемом тиристоре напряжение коммутирующего конденсатора включено через нагрузку встречно основному источнику питания. Ток:коммутации, проходя через нагрузку, вызывает в ней щтпопнитенвные потери, в случае если нагрузкой спужит двигатель. Поскопьку «оммутирующий конденсатор перезаряжается практически постоянным значением реактивного тока нагрузки, существует зависимость дпитепьности провалов в выходном напряжении от величины TOKS нагрузки. Большие по дпитепьности провады в выходном напряжении будут при маных

maax нагрузки. При работе инвертора без подключения нагрузки коммутирующая емкость может разрядиться только при выдепении запасенной в ней энергии на активных сопротивлениях схемы преобразователя частоты.

Oem изобретения - упучшение массогабаритных и энергетических показатепей инвертора и. расширение его частотных воэможностей, Поставленная цепь достигается тем, что тиристорный инвертор, содержащий объединенные выводами переменного тока мост диодов обратного тока и тиристорный мост, каждый ключ которого выпопнен в виде последоватепьно соединенных разделительного диода и тиристора, ком10,мутирующие конденсаторы, чнсдом равные числу кпючей, одни обкладки каждого из которых подключены к точкам соединения раэпепнтеньных диодов н тиристоров соответствующих ключей, попопнитепьные ис15

55 точники постоянного напряжения, каждый из которых через импеданс вкпючен между точками соединения рвздепитепьных

RaoAoB и тиристоров соответствующей пары кпючей, образующих k сcт оoй кa3у, а также коммутирующие проссени, средние точки обмоток каждого иэ которых подключены к соответствующим выводам переменного тока тиристорного моста, снабжен ком мутирующими диодами, подключенными параллельно обкладкам коммутирующих кон: денсаторов, а другие обкладки коммутирующих конденсаторов, принадлежащих одной стойке ключей, связаны между собой через обмотку соответствующего коммутирующего дросселя, В одной из модификаций инвертор отличается также тем, что копны обмоток,коммутирующих дроссепей поакпючены к обкладкам коммутирующих конденсаторов через дополните пьно введенные эпементы индук тнвности.

На фиг, 1 нрепставпена принципиальная схема предяагаемого тнристорного преобразователя частоты; на фиг,. 2 - одна фаза с дополнительными нндуктивностями 4 .

Преобразоватепь содержит источник 1 постоянного напряжения, подключенный через защунтированный диод 2, apocceab 3 к мосту 4 диодов 5-10 обратного тока, причем точка соединения катодов диодов

5-7 обратного тока подключена к плюсу источника 1 настоянного напряжения, а точка соединения акопов диопов 8-10 обратного тока подкпючена к минусу источника 1 постоянного напряжения, Мост

11, образованный из поспеповатепьно включенных раздепитепьных диопов 12-17 и тиристоров 18-23 подкпючен.к мосту

4 диодов обратного тока, точка соединения анодов раздепитепьных диодов 15-17 под,,ключена к общей точке соединения диодов

5-7 обратного тока, а точка соединения

5 8517 катодов разделительных диодов 15-17 подключена к точке соединения анодов диодов

8-10 обратного тока. Коммутирующие. кон- денсаторы 24-29 оАННМ выводом подклю чены к точкам соединения разделительных диодов 12-16 и тиристоров 18-23. Другие выводы коммутирующих конденсаторов подключены через обмотки коммутируюших дроссепей 30-32 к входным зажимам мос» та 11. 30

Коммутирующие конденсаторы зашунти рованы коммутирующими диодами 33-38.

Попопнитепьные источники 39-41 постоянного напряжения своими положительными выводами подключены через импедансы 15

42-44 к точкам соединения разделительных диодов 12-14 и тиристоров 18-20, отрицательный вывод дополнительных источников 39-41 постоянного напряжения подключен к точкам соединения тиристоров20

21-23 и разделительных диодов 15-17.

Устройство работает следующим образом.

Пусть в какой-то момент времени включены тиристоры 18, 19 и 23, ток от по-2> пожитепьного вывода источника постоянного напряжения протекает через разделительные диоды 12, 13 и 17, тиристоры 18, 19 и 23 и фазы нагрузки на отрицательный вывод источника 1 постоянно-30 го напряжения. При этом коммутирующие конденсаторы 26> 27 и 28 заряжены . напряжением полярностью, указанной на фиг. 1.

При включении тиристора 21 коммути-3$ руюший конденсатор разряжается по цейи: коммутирующий конденсатор 27 - обмотка коммутирующего дросселя 30 - тиристор 21 - коммутирующий конденсатор 27.

При разрядке коммутирующего конденсато40 ра 27 в другой обмотке коммутирующего дросселя 30 наводится ток, который направпей навстречу току нагрузки через тиристор 18. Ток в другой обмотке ком, мутирующего трансформатора замыкается

45 ю следующей цепи: обмотка коммутируюшего дросселя 30 - тиристор 18 коммутирующий конденсатор 24. При этом происходит выкпючение тиристора 18 и заряд коммутирующего конденсатора 24.

В момент равенства тока нагрузки и тока

paapsaa коммутирующего конденсатора через тиристор 18 происходит его запирание. После запирания тиристора 18 ток второй попуобмотки дросселя 30 замыкается по следующей цепи: вторая ноцуоб1 мотка коммутирующего дросселя 30диод 5 обратного тока — раздепитепьный г

02 С диод 12 - коммутирумяпнй конденсатор

24 - вторая попуобмотка коммутирующего дросселя 30. При этом происходит дапьнейший заряд коммутирующего конденсатора 24, а к тирнстору 18 прикладывается обратное напряжение, под действием которого происходит восстановление его запирающих свойств.

При этом по диоду 5 протекает разностный ток: ток нагрузки и ток разряда коммутирующего конденсатора 27. Ток разряда коммутирующего конденсатора но сит копебатепьный характер. В момент равенства токов тока нагрузки и тока разряда коммутирующего конденсатора 27 происходит. запирание диода 5 и коммутирую:щий конденсатор 24 начинает дозаряжать ся по цепи: допоинитепьный источник 39 постоянного напряжения — импеданс 42коммутирующий конденсатор 24 - обмотка коммутирующего дросселя 30 - тиристор

21 — дополнительный источник 39 постоянного напряжения. Поспе заряда коммутирующего конденсатора 24 до напряжения дополнительного источника и разряда коммутируюшего конденсатора 27 до нуля . происходит отпирание коммутирующего диода 36 и энергия, запасенная в индуктивности 4 будет трансформирована ком1 мутируюшему конденсатору 24. После этого процесс коммутации заканчивается и схема готова к коммутации тока в другой попуфазе. Работа других фаз происходит аналогично.

При недостаточности индуктивности L и 1. рассеяния коммутирующего дроссе- . ля последовательно с каждой обмоткой коаемутируюшего трансформатора вкнючается дополнительная индуктивность " g (фиг. 2).

Предлагаемое устройство позволяет уменьшить массу и габариты эпектромагнитных устройств, применяемых в преобг разоватепе частоты, улучшить энергетические показатели, обеспечивает независимость процессов коммутации от параметров нагрузки, и за счет этого расширяются частотные возможности.

Уменьшение массы и габаритов электромагнитных устройств достигается за счет того, что обмотки коммутирующих трансформаторов включены поспедоватепь но с коммутирующими конденсаторами. Такое включение обмоток коммутирующих дроссепей поэвопяет исключить протекание через низ тока. нагрузки, ведет к сниже нню сечения провода обмоток трансформатора, а это в свою очередь снижает массу и габариты коммутиру снего трансфор

8517 02 мотора. Это позволяет более полно исцопьзоввть мвгнитопровоа коммутирующего, дроссеая, так как его сердечник работает до полной петли гистерезиса, что в свою очеоеаь приводит к уменьшению его мас-сы и габаритов.

Улучшение энергетических показателей достигается эа счет введения коммутирующих диодов, подкпюченных паралпепьно ,коммутирующим конденсаторам, и вкпюче- 10 вием обмоток. коммутирующего ароссепя поспеаоввтепьно с коммутирующими конч аенсаторвми. Это позволяет полностью испопьзовать энергию, запасенную в коммутирующем конденсаторе, так как при ком- 1S мутации тиристорв происходит его выкпючение и одновременно заряд другого коммутирующего конденсатора. В резупьтате уменьшаются потери в эпементах схемы и оказывается возможным снизить их ус- 20 твновпенную мощность.

Независимость процессов коммутации от параметров нагрузки достигается эв счет введения коммутирующих аиоаов и подкпючения их пвраппепьно коммутирую- 2 щим конденсаторам, вкпючением обмоток коммутирующих дроссепей поспеаоватепьно с коммутирующими конденсаторами.

Вкпючение обмоток ароссепей поспедоватепьно с коммутирующими конденсаторами gp позволяет исключить протекание тока нагрузки через коммутирующий контур, этим самым искпючается влияние параметров нагрузки на процессы коммутации тиристоров, что позвопяет исключить провапы у в выходном напряжении преобрвзоввтедя частоты и уменьшить потери от высших гармоник в нагрузке (например, при работе на двигатель переменного тока).

Формупв изобретения

1. Тиристорный иивертор, содержащий обьеаиненные выводвмн переменного тока мост диодов обратного тока и тиристорный мост, кажный ключ которого выпопнен в виде поспедоватепьно соединенных раэдепитепьного диода и тиристора, коммутирующие конденсаторы, чиспом равные чиспу кпючей, одни обкладки каждого из которых подключены к точкам соединения разаепитепьных диодов и тиристоров соответствующих ключей, аопопнитепьные источники постоянного напряжения, каждый из которых через импеданс вкпючен между точками соединения раэаепитецьных диоаов и тиристоров соответствующей пары кпючей, образующих стойку, а также коммутирующие дроссепи, средние точки обмоток каждого из которых подкпючены к соответствующим выводам переменного тока тиристорного моста, о т п.и ч в юш и и с я тем, что, с цепью улучшения ° массо-габаритных показателей и расширения частотных воэможностей, он снабжен коммутирующими диодами, подключенными парвплепьно обкладкам коммутирующих конденсаторов, а другие обкпвдки коммутирующих конденсаторов, принадлежащих oRной стойке ключей, связаны между собой через обмотку соответствующего коммутирующего ароссепя.

2. Инвертор по и. 1, о т и и ч а ю— шийся тем, что концы обмоток коммутирующих ароссепей подкпючены к обкладкам коммутирующих конденсаторов через допопнитепьно введенные элементы инаук тивности.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

N 235173, ка. Н 02 М 7/48, 1969.

2. Патент США l4 3278827, кп. 321-44, 1966.

3. Патент СШ А № 33 556 S4, кл, 321-44, 1967.