Автономный инвертор напряжения

Иллюстрации

Автономный инвертор напряжения (патент 896725)
Автономный инвертор напряжения (патент 896725)
Автономный инвертор напряжения (патент 896725)
Автономный инвертор напряжения (патент 896725)
Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 080580 (21) 2919985/24-07 (5 М. Л

Союз Советсник

Социалистических

Республнк с присоединением заявки ¹ —. (23) Приоритет

Н 02 И 7/515

Государственный комитет СССР но дедаи изобретений и открытий

Опубликовано р7р182 Бюллетень М 1

Дата опубликоваиия описания 0701.82 () ЮЖ 621.314..572(088.8) О.Г.Булатов, С.В.Одынь и В ВеШилов ;;:./, :,.::.-,. (Московский ориена Ленина енергетнисскйй:.инстигут /

/ (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР НАПРЯЖЕНИЯ

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

Известны схемы инверторов с узлами коммутации, построенными на основе коммутирующей цепочки из конденсатора и дросселя (1) и t 2).

В подобных схемах увеличение фазности нагрузки приводит к увеличению количества коммутирующих конденсаторов и дросселей, снижению надежности и росту массогабаритных по.казателей устройства. Уменьшить количество коммутирующих реактивных. элементов можно за счет применения в инверторах узлов общей и групповой коммутации 2). Но при работе инвертора с такими узлами на активно-индуктивную нагрузку со значительным коэффициентом мощности в выходном напряжении инвертора появляются искажения, ухудшающие его гармонический состав.

Поэтому при большой глубине регулирования для обеспечения удовлетворителвного гармонического состава необходимо применить узлы пофазной коммутации тиристоров инвертора j 3), Из известных схем, обеспечивающих пофазную коммутацию, наиболее близкой по технической сущности 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 электродамн двухоперационных тиристоров, объединенных другими своими электро. дами в анодную н катодную группы, однофазный коммутирующий тиристорный мост, у которого тиристоры анодной группы зашунтированы цепочками, состоящими из первичных обмоток коммутирующего трансформатора, включенных последовательно с обратными дио20 дами, а в диагональ переменного тока включена коммутирующая LC-цепочка.

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 пофазную коммутацию основных тиристо30 ров, при которой достигается хороший

896725 гармонический состав кривой выходного напряжения, кроме того возможно регулирование напряжения, на коммутирующем 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 о двигателя (4 ).

Однако н этом устройстве недостаточно эффективное использование коммутирующего трансформатора, которое приводит к ограничению уровня комму- 15 тируемых токов нагрузки °

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет увеличения уровня коммутируемых токов нагрузки. 20

Поставленная цель достигается тем, что в автономный инвертор напряжения, содержащий подключенные ко входным выводам трехфазный мост основных тиристоров, шунтированных обратными диодами, трехфазный мост двухоперационных тиристоров, между тиристорами каждой фазы которого включены две вторичных обмотки коммутирующего трансформатора, соединенные общей точкой с выходными выводами и выводами переменного тока моста основных тиристоров, и однофазный коммутирующий тиристорный мост, с коммутирующей LC-цепочкой в диагонали переменного тэка, тиристоры анодной группы которого эашунтирова- 35 ны обратными диодами, межцу анодами тиристоров анодной группы однофазного моста согласно между собой включены две первичные обмотки упомянутого коммутирующего трансформатора, точка соединения которых подключена к положительному входному выводу источника питания иннертора.

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

Устройство содержит трехфазный ин- О вертор с основными тиристорами 1-6, шунтированными обратными диодами

7-12, и последовательным соединением вторичных обмоток 13-18 коммутирующего,импульсного трансформатора 19 с двухоперациойными тиристорами 20-25.

Трйхфазный иннертор работает на трехфазную нагрузку 26 и содержит однофазный мост из тиристоров 27-30, тиристоры 27 и 28 которого шунтированы обратными,циодами 31 и 32. Диаго- Щ наль переменного тока содержит коммутирующую цепочку 33 из конденсатора

34 и дросселя 35. Для увеличения уроння коммутируемых токов нагрузки между анодами тиристоров 27 и 28 однофаз-у ного моста согласно между собой включены дне первичные обмотки 36 и 37 трансформатора 19, точка соединения которых подключена к положительному входному выводу источника питания иннертора.

Инвертор работает следующим образом.

Пусть в начальный момент времени открыты тиристоры 1, 3 и 5, а коммутирующий конденсатор 34 заряжен при положительном потенциале на правой обкладке. В момент времени начинается процесс коммутации тиристора 1, для запирания которого подают положительные управляющие импульсы на тиристоры 27 и 23. Конденсатор

34 начинает перезаряжаться по контуру 34-35-37-36-27-34 (фиг.2а), а через тиристор 1 протекает ток (фиг.2в), равный разности тока нагрузки фазы А-iA и тока указанного колебательного контура 1, приведенного через коэффициент трансформации ко вторичной обмотке 13 трансформатора 19 (ток I g4 на фиг. 2б) . После моменf та времени t> ток 1 4станонится по величине больше тока IA 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 -tg ток i>< возрастает до максимума и начинает спадать. В момент t> до того как ток

° I /

iy4спадает до величины тока 1А, подают отпирающий импульс управления на тиристор 30 и запирающий отрицательный импульс тока управления на двухоперационный тиристор 20. При отпирании тиристора 30 обмотка 37 через этот тиристор и диод 32, проводящий некоторое время в обратном направлении, подключается к источнику питания инвертора и на обмотке 13 возникает импульс напряжения с амплитудой

Ед К, где К вЂ” коэффициент трансформации, равнйй отношению числа витков обмотки 13 к числу витков первичной обмотки 37. Если коэффициент трансформации K )1, то тиристор 20 оказывается под обратным анодным напряжением величиной 0 г,=Бд(К -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 t+ -г ), представляет собой последовательную цепочку, состоящую из источника питающего напряжения Е, источника импульсного напряжения Е, .Е направленного встречно первому источнику, и превышающего его по величине, проводящих в прямом направлении тиристора 30 и диода 10, по которому начинает протекать ток

896725 1А, и проводящих на интервале .в обратном направлении тиристора 20 и диода 32; причем диод 32 выбирают таким, чтобы время жизни неосновных носителей в его базе (это время определяет величину и скорость спада 5 накопленного в базе диода 32 избыточного заряда Q3z), было больше врв!ровни жизни неосновных носителей в и-базе тиристора 20.Поэтому тиристор 20 первым в момент с4 восстанавливает не- g проводящие свойства в обратном нап- равлении (фиг.2е ) и именно к нему в данный момент времени прикладывает-. ся практически все напряжение Е (1С -.1) в обратном направлении (фиг.2а), .Так как диод 32 в момент t4 еще имеет 15 существенно меньшее, чем у тиристора

20, сопротивление в обратном направлении из-за оставшегося в нем избыточного заряда. Таким образом, импульс обратного анодного напряжения сохра- 20 няется на тиристоре 20 до момента когда заканчивается процесс снижения до равновесного значения заряда неосновных носителей в базе диода 32, накопленного во время протекания через этот диод прямого анодного тока (интервал t<-t Ha фиг.2г). В момент

t< сопротивление диода 32 в обратном направлении резко увеличивается и на обмотке 13 перестает наводиться напряжение Ед- К, что приводит к появлению на тирйсторе 20 прямого напряжения Е (фиг.2ж).

Поскольку при комбинированном выключении двухоперационного тиристора необходимая для его запирания длительность импульса обратного анодного напряжения как правило не превышает 2-3 мкс, такую малую длительность вполне можно обеспечить, выбрав диод с временем жизни неосновных но- 40 сителей в базе порядка 10 мкс. Одновременно с процессом выключения тиристора 20 при отпирании тиристора 30 начинается процесс дозаряда конденсатора 34 по контуру 34-35-30 источ- 5 ник питания инвертора 36-27-34. Наличие источника напряжения в данном контуре позволяет восполнить потери энергии в коммутирующей LC-uenozке, имеющие место на интервале време- ® ни t< - t>. .!

В момент t ток i 4=0 и тиристо ры 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 запирае.мый основной тиристор инвертора, à gQ затем, спустя время задержки t> =t>-t, осуществляют отпирание тиристора 29 и подачу импульса отрицательного тока управления на двухоперационный тиристор, который запирается комбинированным способом, как запирался двухоперационный тиристор 20 на предыдущем коммутационном такте.

Регулирование времени с 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 изменяемую по величине нагруз1ку. I

Кратковременное воздействие импульса обратного анодного напряжения на интервале выключения двухоперационного тиристора позволяет придать процессу выключения одномерный характер.

В предлагаемом устройстве включение первичных обмоток указаниым образом позволяет эффективнее использовать коммутирующий трансформатор.

Это объясняется тем, что на интервале коммутации основного тиристора

1, когда коммутирующий трансформатор работает с практически короткозамкнутой вторичной обмоткой(если не учитывать сопротивления проводящих вентилей 20, 1 или 7), его первичная цепь состоит из двух последовательно соединенных первичных обмоток

36 и 37, что позволяет благодаря двухкратному увеличению коэффициента трансформации трансформатора 19 повысить вдвое амплитуду квазисинусоидального тока !34 во вторичной

° обмотке по сравнению с известным устройством прототипом при прочих равных условиях (т.е. при неизмененных амплитуде тока !34 в LC-иепочке и амплитуде обратного анодного напряжения на тиристорах 20-25, запираемых комбинированным способом).

Это обеспечивает двукратное увеличение коммутируемых основными тиристорами 1-6 токов при неизменной длительности приложения к этим тиристорам импульса обратного анодного напряжения (интервал и -t на фиг.2)

Формула изобретения

Автономный инвертор напряжения, содержащий подключенные ко входным выводам трехфазный мост основных тиристоров, шунтированных обратными диодами, трехфазный мост двухоперационных тиристоров, между тиристора- ми каждой фазы которого включены две вторичных обмотки коммутирующего трансформатора, соединенные общей точкой с выходными выводами и выводами переменного тока моста основных тиристоров, и однофазный коммутирующий тиристорный мост с коммутирующей LC-цепочкой в диагонали перемен896725 ного тока, тиристоры анодной группы которого зашунтированы обратными диодами, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет увеличения уровня коммутируемых токов нагрузки, между анодами тиристоров анодной группы однофазного моста согласно между собой включены две первичные обмотки коммутируюцего трансформатора, точка соединения которых подключена к положительному входному выводу.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Бедфорд В.,Хофт Р.Теореия автономных инверторов.М.,"Энергия",1969.

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

3. Забродин Ю.С. Автономные тиристорные инверторы с широтно-импульсным регулированием. M. "Энергия", 1977.

4. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2766429/07,кл. Н 02 М 7/515, 19 9.

896 725

Фиг.2

Составитель И.Жеребина

Редактор И.Ковальчук Техред A.дч Корректор М. Коста

Заказ 11721/42 Тираж 718 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Óæroðoä, ул.Проектная,4