Трехфазный инвертор

Трехфазный инвертор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИ Е

ИЗОВРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<">995235

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 08.10.81 (21) 3344908/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) П ри ор итет— (51) М. Кл.з

Н 02 М 7/515

Н 02 P 13/18

Гесудлретвекннй канитет

СССР

Опубликовано О?.02.83. Бюллетень № 5

Дата опубликования описания 17.02.83 (53) УДК 621.314..572 (088.8) лв делан кзабретеккй к аткрнтий (72) Авторы изобретения

В - 3ЛЪВ. Л. Дементьев, Ю. С. Забродин, В. А. Лабунцов, В. 9. МаркйH, В. К. Миледин, Б. Н. Начинкин, С. В. Одынь и В. А. ()сибияский

c. >

Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конфрукторский — . и технологический институт кранового и тяЖ>вого- . электроо6ор удова ни я (71) Заявитель (54) ТРЕХФАЗНЫЙ ИНВЕРТОР

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах и источниках гарантированного питания.

Известны схемы автономных инверторов напряжения с узлами последовательной конденсаторной коммутации основных тиристоров. Последовательная коммутация в отличие от коммутаций параллельного типа обеспечивает более быстрое отключение фаз нагрузки от источника питающего напряжения инвертора, что позволяет улучшить внешнюю и регулировочную характеристики инвертора (1) и (2). Существенным недостатком узлов последовательной коммутации является проявление эффекта накопления энергии в коммутирующем конденсаторе в процессе работы инвертора (2), которое приводит к значительному повышению напряжения на конденсаторе, тиристорах и других элементах инвертора. Другим недостатком является большое отношение времени перезаряда конденсатора к времени, предоставляемому схемой для выключения тиристоров, что ухудшает ряд показателей инвертора; уменьшается диапазон регулирования выходного напряжения, растут потери в вентильных контурах, ухудшается использование питающего напряжения.

Наиболее близким к предлагаемому является трехфазный инвертор, содержащий трехфазный мост ключевых элементов и трехфазный мост обратных диодов, подключенный к входным выводам, коммутирующий и форсирующий дроссели анодной группы трехфазного моста ключевых элементов, подключенные средними выводами своих обмоток к положительному входному выводу, первые крайние выводы этих обмоток через тиристоры подключены к первому выводу коммутирующего конденсатора, а. вторые крайние выводы — через встречные диоды подключены к точке соединения среднего входного вывода инвертора и второго вывода коммутирующего конденсатора, анодная группа трехфазного моста ключевых элементов подключена к первому крайнему выводу коммутирующего дросселя, а также коммутирующий и форсирующий дроссели катодной группы трехфазного моста ключевых элементов, подключенные средними выводами своих обмоток к отрицательному входному выводу, причем первые крайние выводы этих обмоток подключены к ка995235 тодам других тиристоров, соединенных своими анодами с первым выводом коммутирующего конденсатора, вторые крайние выводы этих обмоток — к анодам других встречных диодов, катоды которых подключены к второму выводу коммутирующего конденсатора, а катодная группа трехфазного моста ключевых элементов подключена к первому выводу обмотки коммутирующего дросселя катодной группы (3).

Однако в известном инверторе недостаточно быстрое выключение ключевых элементов .инвертора, что ограничивает верхний предел его рабочих частот.

Цель изобретения — улучшение гармонического состава выходного напряжения и массогабаритных показателей за счет по- 15 вышения верхнего предела рабочих частот широтно-импульсного модулятора инвертора.

Поставленная цель достигается тем, что в трехфазном инверторе, содержащем трехфазный мост ключевых элементов и трехфазный мост обратных диодов, подключенный к входным выводам, коммутирующий и форсирующий дроссели анодной группы трехфазного моста ключевых элементов, подключенные средними выводами своих обмоток к положительному входному выводу, первые крайние выводы этих обмоток через тиристоры подключены к первому выводу коммутирующего конденсатора, а вторые крайние выводы через встречные диоды подключены к точке соединения среднего входного вывода инвертора и второго выво- ЗО да коммутирующего конденсатора, анодная группа трехфазного моста ключевых элементов подключена к первому крайнему выводу коммутирующего дросселя, а также коммутирующий и форсирующий дроссели катодной группы трехфазного моста ключевых элементов, подключенные средними выводами своих обмоток к отрицательному входному выводу, причем первые крайние выводы этих обмоток подключены к катодам других тиристоров, соединенных своими анодами с первым выводом коммутирующего конденсатора, вторые крайние выводы этих обмоток — к анодам других встречных диодов, катоды которых подключены к второму выводу коммутирующего конденсатора, а катодная группа трехфазного моста ключе- М вых элементов подключена к первому выводу обмотки коммутирующего дросселя катодной группы, трехфазный мост ключевых элементов выполнен на комбинированно выключаемых тиристорах, а коммутируюший дроссель катодной группы снабжен дополнительной обмоткой, подключенной одним выводом к катодам, а другим выводом через соответствующие цепочки из диода и резистора — к управляющим электродам тиристоров катодной группы, коммутирующий дроссель анодной группы снабжен дополнительным индуктивным элементом, выполненным, в одном случае, в виде дополнительной обмотки ком мутирующего дросселя анодной группы, подключенной одним выводом к первому входному выводу инвертора, а другим выводом через соответствующие цепочки из диода и резистора — к управляющим электродам каждого из комбинированно выключаемых тиристоров анодной группы, а в другом случае в виде трех дополнительных обмоток коммутирующего дросселя, подключенных одними выводами к катодам, а другими выводами через цепочки из диода и резистора к управляющему электроду соответствующих комбинированно выключаемых тиристоров анодной группы.

На фиг. 1 и 2 представлены варианты схем трехфазного инвертора; на фиг. 3— временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Инвертор (фиг. 1) содержит трехфазные мосты комбинированно выключаемых силовых тиристоров 1 — 6 и обратных диодов 7—

12, а также коммутирующий конденсатор

13, включенный между двумя узлами, один из которых образован соединением коммутирующих 14, 15 и формирующих 16,17 тиристоров, а другой образован соединением диодов 18 — 21 сброса и подключен к среднему выводу источника питания. Тиристоры 14 — 17 соединены с выводами основных обмоток 22 — 25 коммутируюших 26, 27 и формирующих 28, 29 дросселей, которые имеют также обмотки 30 — 33 сброса, подключенные к диодам 18 — 21 сброса. Коммутирующие дроссели 26 и 27 снабжены также дополнительными обмотками 34 и 35, которые подключены к катодам дополнительных полупроводниковых диодов 36 41. Эти диоды через резисторы 42 — 47 подключены к управляющим электродам силовых тиристоров 1 — 6.

При нестабильном напряжении источника питания или его регулировании целесообразно использовать схему на фиг. 2. В этой схеме коммутирующий дроссель анодной группы вентилей имеет не одну, а три дополнительных обмотки 48 — 50, один вывод каждой из которых подключен через диод и резистор к управляюшему электроду соответствуюшего силового тиристора, а другой вывод — к катоду того же силового тиристора.

Устройство (фиг. 1), работает следующим образом.

Предположим, что в проводящем состоянии находятся силовые комбинированно выключаемые тиристоры 3 — 5; коммутирующий конденсатор 13 заряжен с положительным потенциалом на правой обкладке. С целью запирания силовых тиристоров 4 и 5 катодной группы трехфазного моста на коммутирующий тиристор 15 в момент времени подают отпирающий импульс управления (фиг. 3 а). При отпирании последнего образуется колебательный контур 13 — 15—

23 — Е/2 — 13. В этом контуре происходит процесс колебательного перезаряда конденсатора 13, в начале которого ко всем сило- 995235 вым тиристорам катодной группы (т. е. к тиристорам 4 — 6) прикладывается обратное анодное напряжение U<1,. (фиг. 3 е) по трем контурам 13 — 15 — 4 (два других контура через элементы 5 и 6) — 7 (соответственно 8 и 9) — Е/2 — 13, причем на каждом из тиристоров 4 — 6 значение обратного анодного напряжения У0 . = U< — Е/2.

В процессе перезаряда конденсатора 43 на обмотке 23 катодного коммутирующего дросселя 2? формируется импульс напряжения 10 (фиг. 3 в) и трансформируется в дополнительную обмотку 35 с отпирающей полярностью для диодов 39 — 41. Эти диоды открываются и по трем контурам 35 — 4 /5 и.6/

-45 и 47/-39 /40- и 41/ - 35 на интервале

t< — t протекают токи, которые по отношению к тиристорам 4 — 6 являются отрицательными токами управления 1„„ (фиг. Зг); амплитуды которых ограничены значением сопротивлений 45 — 47. Таким образом, запирание силовых тиристоров инвертора осуществляется одновременным воздействием обратного анодного напряжения и отрицательного тока управления, т. е. имеет место их комбинированное выключение, при котором время выключения тиристоров снижается в несколько раз (31. 25

Процесс . перезаряда конденсатора 13 протекает также, как и в устройстве:(3), в момент времени t отпирают тиристор f7 форсирующего однофазного моста, предназначенного для уменьшения времени перезаряда коммутирующего конденсатора 13; с момента времени ts.до момента времени t> и

t4, продолжается процесс отвода избыточной энергии соответственно от дросселя 27 и дросселя 29 в цепь источника питания, после чего процесс коммутации заканчивается. 35

В.следующий такт коммутации таким же образом осуществляется запирание тех силовых комбинированно выключаемых тиристоров из анодной группы трехфазного моста, которые проводили анодный ток до 40 начала коммутации. Отличие заключается в том, что отрицательные импульсы токов управления в этом случае протекают по контурам 34 — Š— 10. /11 и 12/-1 /2 и 3/-42

/43 и 44/-34, которые содержат источник питающего напряжения Е. Это обстоятельство приводит к необходимости выбора числа вит-. ков обмотки 34, отличающегося от числа витков обмотки 35 для получения одинаковых по амплитуде отрицательных токов уп- равления на силовых тиристорах анодной и катодной групп инверторного моста. Однако при значительном изменении величины напряжения Е, которое имеет место в риде практических случаев.(при питании инвертора от аккумуляторной батареи или при регулировании .выходного напряжения по цепи источника питания Е, например, с использованием импульсногО регулятора напряжения на -входе) такое симметрирование отрицательных токов управления оказывается в схеме инвертора на фиг. 1 затруднительным.

В схеме фиг. 2 источник Е не входит ни в один из контуров образования отрицательного тока управления, что позволяет устранить ассиметрию этих токов.

Использование диодов 36 — 41, в схемах инвертора по фиг. 1 и 2 обеспечивает алгоритм поочередной коммутации тиристоров анодной и катодной групп инверторного моста, что необходимо для:реализации широтно-импульсного способа регулирования.

При использовании предлагаемого изобретения улучшаются гармонический состав выходного напряжения, уменьшаются величины коммутирующего дросселя и конденсатора и, следовательно, улучшается качество выходного напряжения и массо-габаритных показателей инвертора.

Формула изобретения

1. Трехфазный инвертор, содержащий трехфазный мост ключевых элементов и трехфазный мост обратных диодов, подключенный к входным выводам, коммутирующий и форсирующий дроссели анодной группы трехфазного моста ключевых элементов, подключенные средними выводами своих обмоток к положительному входному выводу, первые крайние выводы этих обмоток через тиристоры подключены к первому выводу коммутирующего конденсатора, а вторые крайние выводы через встречные диоды подключены к точке соединения средне-. го входного вывода инвертора и второго вывода коммутирующего конденсатора, анодная группа трехфазного моста ключевых элементов подключена к первому крайнему выводу коммутирующего дросселя, а также коммутирующий и форсирующий дроссели .катодной группы трехфазного моста ключевых элементов, подключенные средними выводами своих обмоток к отрицательному входному выводу, причем первые крайние выводы этих обмоток подключены к катодам других тиристоров, соединенных своими анодами с первым выводом коммутирующего конденсатора, вторые крайние выводы этих обмоток — к анодам других встречных диодов, катоды которых подключены к второму выводу коммутирующего конденса- тора, а катодная группа трехфазного моста ключевых элементов подключена к первому выводу обмотки коммутирующего дросселя катодной группы, отличающийся тем, что, с целью улучшения гармонического состава выходного напряжения и массогабаритных показателей инвертора, трехфазный мост ключевых элементов выполнен на комбинированно выключаемых тиристорах, коммутирующий дроссель катодной группы снабжен дополнительной обмоткой, подключенной одним выводом к катодам, а другим выводом через соответствующие введенные це995235 почки из диода и резистора — к управляющему электроду каждого из комбинированно выключаемых тиристоров катодной группы трехфазного моста, а коммутирующий дроссель анодной группы снабжен дополнительным индуктивным элементом, подключенным к управляющим электродам тиристоров анодной группы трехфазного моста.

2. Инвертор по п. 1, отличающийся тем, что дополнительный индуктивный элемент выполнен в виде обмотки коммутирующего дросселя, подключенной одним выводом к положительному входному выводу инвертора, а другим выводом через соответствующие дополнительно введенные цепочки из диода и резистора — к управляющему электроду каждого из комбинированно выключаемых тиристоров анодной группы.

3. Инвертор по п. i, отличающийся тем, что дополнительный индуктивный элемент выполнен в виде трех обмоток коммутирующего дросселя, одни выводы которых подключены к катодам, а другие выводы через дополнительно введенные цепочки из диода и резистора — к управляющему электроду соответствующего комбинированно выключаемого тиристора анодной группы.

Источники информации, прйнятые во внимание при экспертизе

1р l. Забродин Ю. С. Узлы принудительной конденсаторной коммутации тиристоров, М., Энергия, 1974, рис. 3 — 11 (прототип).

2. Забродин Ю. С. Автономные тиристорные инверторы с широтно-импульсным регулированием, М., Энергия, 1977.

3. Лзьян P. Э. Лабунцов В. А., Одынь С.В.

Быстродействующий прибор ключевого типа — комбинированно выключаемый тиристор, «Электричество», 1977, № 10, с. 82 — 84.

995235

Редактор И. Ковальчук

Зака:с 615/41

Составитель В. Авдеев

Техреду И. Верес Корректор E. Рошко

Тираж 685 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4