Автономный инвертор напряжения

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОфЩЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

gg>SU (ш

Э(51) Н 02 М 515

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

e"=

l

1 ..-. - ф., ; „i; . g

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ !- ;,:,";:,;,",:.",.",,,3

К АВ ЮРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

f 21) 3292181/24-07 (22) 16. 03. 81 (46) 30. 05. 83. Вюл. 9 20 (7.2) В. И. Башин (71). Ивановский филиал Всесоюзного аучно-исследовательского и проектно-конструкторского института по . автоматизированному электроприводу в проьышленности, cB3IbcKGM хозяйстве и. на транспорте ! (53) 621 ° 314 ° 572(088 ° 8) (Nj 1. Авторское свидетельство СССР

j9 752691, кл-. Н 02.М 7/515, 1978.

2. ЗабрОдии Ю.С. Узлы принудительной. конденсаторной коммутации ,тиристоров. N., "Энергия", 1954.

3. Забродин Ю.С. Автономные ти ристорные.инверторы с широтно-импульсным регулированием. М., "Энергия"р 1977, о. "8, рис. 3-17. (54)(57) АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР НАПРЯ,ЖЕНИЯ, содержащий один и более мостов основных тиристоров, каждый с мостом диодов обратного тока, и об.. щий узел коммутации., включающий в себя цепь иэ последовательно связанHhIx,между собой двух подэарядных

: тиристоров,. включенных межды выводами для подключения к плюсу и ми нусу источника питания„ два коммути,рующих дросселя, цепь из последова,тельно соединенных первой обмотки одного дросселя, двух коммутирую" щих тиристоров и первой обмотки другого дросселя, причем к общей точке; этих тиристоров подключена первая обкладка конденсатора, две сбросовые цепи из последовательно соединенных диода и второй обмотки соответствующего дросселя, первая и вторая обмотки которых соединены соглаоно, а один из электродов каждого диода подключен к одному иэ выводов для под- ключения к источнику питания, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения частотных возможностей и повышения функциональной надежности при колебаниях напряжения источника питания, он снабжен Е дозарядным дросселем, включенным последовательно в цепи между подэарядными тиристорами, средняя точка его обмотки подключена к первой обкладке конденсатора, первый и второй дроссели снабжены третьими обмотками, включенными между выводами для подключения к плюсу и минусу источника питания и выводами постоянного тока моста основных тиристо-. ров, а одноименные концы первых обмоток соединены между собой и под ключены к второй обкладке конденсатора и к выводу для подключения к нулевой точке источника питания.

4ь

1020944

Изобретение относится к преобразовательной технике, а именно к автономным инверторам напряжения, и может .быть использоваНо, например, в установках регулируемого электропривода, в частности многодвигательного электропривода.. Известны автономные инвертор напряжения Г1-З .

В известных инверторах к источни-:, ку питания через узел коммутации подключены по крайней мере две пары тиристорных и диодных мостов. узел коммутации состоит из двух коммутирующих дросселей, первичные обмотки которых шунтированы в обратном .направлении обратными тиристорами и включены соответственно в положительный и отрицательный провода питания; а к вторичным через катодный и анод 2О ный коммутирующие тиристоры подклю- . чен конденсатор, зарядного тиристора и двух разделительных тиристоров, эашунтированных каждый симметричным: ограничителем напряжения и включенных 5 в положительный и отрицательный провода питания. К выводам постоянного тока тиристорных мостов подключен дополнительный симметричный ограничитель напряжения 1 jи j2 ).

При использовании в инверторе такого узла коммутации возникают большие перенапряжения, что в конечном итоге приводит к повышению вентильности схемы, ее усложнению.

Это является недостатком схемы. Кро-, ме того, дозаряд конденсатора происходит только после катодной коммутации, в результате чего начальное напряжение конденсатора перед катодной коммутацией ниже, чем на- 40 пряжение перед анодной коммутацией, что говорит о недоиспользовании ус-.:. тановленной мощности реактивных элементов. узла коммутации.

Наиболее близким техническим ре- 45 шением к предлагаемому является ав.тономный инвертор напряжения, в котором к источнику питания подключены: в обратном направлении мост диодов обратного тока, по переменному току подключенный к трехфазной нагрузке, включенный через первичные обмотки коммутируккцих дросселей, в прямом направлении мост основных ти- ристоров, по переменному току подключенный к укаэанной нагрузке, вклю- 5 ченную в прямом направлении первую пару коммутируемых тиристоров, соединенных последовательно, включенные через диоды сброса сбросовые обмотки указанных дросселей. Парал- 60 лельно входу моста основных тиристоров подключена вторая пара коммутирукнцих тиристоров. Точки соединения тиристоров в указанных парах соединены через конденсатор (ЗД.

Однако недостаточно высокая несущая частота узла коммутации снижает частоту выхода инвертора, особенно в случае применения нескольких пар из моста основных тиристоров и моста диодов обратного тока и нагрузок, когда несущая частота узла коммутации должна быть по край ней мере на порядок выше максимальной частоты нагрузок. Высокий уровень. перенапряжений узла коммутации сни-: жает надежность инвертора при высоких напряжениях источника питания, либо снижает частотные свойства инвертора.

Кроме того, наблюдаЕтся неустойчивость коммутации при возмущениях со стороны источника,- что особенно существенно в случае применения нескольких пар из моста основных тиристоров и моста диодов обратного тока.

Первый недостаток объясняется следуккцим.. Известно, что в узлах последовательной коммутации с индуктивным сбросом излишней энергии интервал сброса имеет существенное значение. его увеличение значительно снижает частотные свойства инвертора. Этот интервал зависит от трех факторов: уровня напряжения сброса, параметров контура коммутации Ск и L величины обратного напряжения U o> При этом уровень напряжения сброса и -параметры контура коммутации величины взаимосвязанные: при увеличении напряжения сброса Uog увеличиваются прямые выбросы напряжения на тиристорах основного моста, что вынуждает применять более высококлассные тиристоры, а это .обычно тиристоры с большим временем выключения, и, следовательно, параметры контура коммутации растут. Кроме того, параметры контура коммутации зависят.и от величины обратного напряжения, так как его уменьшение снижает время приложения напряжения.

Однако, начиная с некоторых значений, время приложения обратного напряжения практически не зависит от величины обратного напряжения. Для схемы прототипа согласно (2 имеем

V (tl=-Еф Е ) «(В Х) " соз ий+агМ вЂ” + Х О -О +Э Е, ;,где Е -. напряжение источника;

3 й)) - безразмерные коэффициенты, которые -для схемы прототипа равны 1;

3 - коэффициент нагрузки, равный отношению 3„,- амплитуды тока коммутацйи к току нагруз ки Э ер

6© - коэффициент для схемы про+Е тотипа g «<» (о!

Д1020944

Ма зависимость представляет со=,грузке. Последнее неизбежно привобой кусок коеинусоиды, смещенной по дит к аварии.

Цель изобретения — расширение угол приложения обратного напря- частотных возможностей и повышение функциональной надежности при коле. жения

Е+Х.- -Х баниях напряжения источника питания. с Вика / т т „. Поставленная цель дбстнгается + 1 . тем, что автономный инвертор напряПри j = 2 и Е = 3р которые со жения, содержащий один и более мост ответствуют U z = У(оГ Е " co основных тиристаров, каждый с мостом

U 2Е, угол g увеличивается )Q диодов обратного тока и общий узел (а) при $ 0,5 всего на 15%, в то вре коммутации, включающий в себя цепь

as двух последовательно связанных - «/ у 1 ". . между собой подзаряднык тнристороя, "к: .. включенных между выводами для подите вал 15 ключениЯ к плюсУ и минУсУ источника

,возРастает уже на 50%, а интервал питания, два кой утирующнх дросселя, цепь из последовательно соединенных

:t .= ба † . . первой обмотки одного дросселя, " g3 . двух коммутирующих тиристоров и лер, чевидио ° что увеличение более вой обмотки другого дросселя, причем

2 либо заметно увеличивает интер- - 2Q к общей точке этих тиристоров под-вал сброса, либо увеличивает прямые ключена указанная первая обкладка вгыбРосЫ, напРЯжеииЯ..:. . коНДенсатоРа, Две сбРосовые Цепи Таким образом,. известная схема . из последовательно соединенных диимеет ограниченнйе частотные возмож- ода и второй обмотки соответствующе: ности, особенно при больших нанря-. 5 го дросселя, первая и вторая обмот-, жениях питания. ки которых соединещд согласно, а Второй недостаток объясняется один из электродов каждого диода тем,. что в прототипе между сбросо- подключен к одному из выводов для

Вой; обмоткой и:обМоткой, участвующей . подключения к источнику питания, :" э процессе перезаряда, имеется транс- 30. снабжен дозарядным дроеселем, вклюформатобриай,. а не.автотрансформатор- ченным последовательно в.цепи между иая связь. - При таком виде связи --подзарядными тиристорами, средняя с учетом того, что.в. коммутирующих точка его обмотки подключена к пер- дросселях есть воздущгный- заэор,. вой обкладке конденсатора:, первый и индуктивности рассеяния имеют до- 5. второй коммутирующие дроссели снабстаточно высокие значения. Поэтому жены третьими обмотками., включенными интервал перехода. тока с контура . между выводами для подключения к

:перезаряда.в контур сброса и прямые плюсу и минусу источника питания выбросы напряжелния имеют- повьиаенные и выводами постоянного тока моста значения. Бри,высоких уровнях на- основных тиристоров, а одноименные

:пряжения йсточника нитьания это име- концы первых обмоток соединенй меж.ет еуществектное значение И и конеч- ду собой и подключены к второй об-. ком итоге приводит к снижению на- кладке. конденсатора и к выводу для пряжения сброса, т.е. к увеличению подключения к нулевой точке источпауйк.и .снижению-.частотных свойств. ника питания.

Третий .недостаток объясняется . 45 На фиг. 1 приведена принципиальследукщим. Как известно, фазовые ная схема инвертора;.на фнг. 2— траектории колебательного переэаряда диаграммы управляющих импульсов. узла коммутации прототипа имеют вид, Инвертор содержит- общий узел 1 ра жручивающейая сийрали, ограничен-. коммутации, мосты 2 и..3 основных . Иой явлением. сброса. Поэтому для $Q тиристоров, мосты 4 и 5 диодов обнормальиой работы иивертора иеобхо- ратного тока. В узле 1 коммутации . дим хотя бы один холостой переэаряд третья обмотка первоГо ДРоаселя 6

::при.пуске инвертора. Следовательно, подключена концом к выводу для под.при возмущениях са стороны источни- ключения к плюсу источника, началом ка, т.е. коротких замыканий на пи- 55 к анодной группе мостов 2 и 3 основтающих лийиях в цикле с противоава- ных тиристоров, а третья обмотка тийной автоматикой,.коротких заиыка- второго дросселя 2 йодключена конниях иа смежных линиях, несинхрон- цом к выводу для подключения к миных включениях частей эиергосисте- нусу источника,. началом к катодиой мы, качениях s системе и т.д., воэ- группе. мостов 2 и 3 основных тирис" можно. кратковременное снижение на- 6О торов. К выводам для подключения к . пряжения на конденсаторе вплоть до плюсу и минусу источника подключена нуля, а при восстановлении напря- дозарядная цепь иэ анодного дозаряд. жения питания перезаряд его при не- ного тиристора 8, дросселя 9 и кавыключенных тиристорах основного тодного доэарядного тиристора 10, :моста и резко увеличивающейся на- 65 причем дозарядные тиристоры 8 и. 10 подключены в прямом направлении.

Конденсатор 11 одной обкладкой подключен к началам первых обмоток коммутирующих дросселей 6 и 7 и выводу для подключения нуля источника, а второй обкладкой — к средней точке дросселя 9 и через коммутирующие тиристоры 12 Й 13 к концам первых и началам вторых обмоток коммутирующих дросселей 6 и 7. Диоды 14 и 15 сброса подключены в обратном НаПравлении к выводам для подключения к плюсу и минусу источника и к концам вторых обмоток коммутирующих дросселей 6 и 7.

Автономный инвертор напряжения работает следующим образом.

Узел коммутации служит для прерывания тока источника питания, причем частота коммутации этого узла по крайней мере на порядок вжае максимальной выходной частоты инвертора. Частота выходного напряжения каждой пары иэ моста основных тиристоров и моста диодов обратного-:тока регулируется независимо путем выбора соответствующего количества импульсов узла коммутации за период выходного напряжения, а напряжениемоментом включения тиристоров основного моста относительно коммутирующих импульсов.

При отпирании тиристоров 8 конденсатор 11 заряжается до напряжения источника питания В. При отпирании тиристора 12 проискодит коммутация тока тиристоров анодной группы и перезаряд конденсатора 11 до напряжения, задаваемого цепью сброса. затем отпирается тиристор 10, конденсатор 11 дозаряжается до,напряже« ния 0,8 E . При отпирании тиристора

13 происходит коммутация тока тиристоров катодной группы и переэаряД. ,конденсатора 11, затем включается ,тиристор 8 и конденсатор 11 дозаряжается..Далее процесс повторяется вновь.

Схема инвертора построена таким об. разом (фиг, 1J что есть возможность получить любые значения обратного напряжения Б(и напряжения сброса

U << . Например, при

10 !! + !Ч! = 1 и К = .= 2,5

U(0) = Е, à Vz = 1 0; 5Е, при этом

15 прямые выбросй напряжения U < = 1,5Е.

Такие соотношения соответствуют йаилучшим частотным свойствам при максимальных входных напряжениях источника. При переходе тока иэ цепи конденсатора в цепь сброса имеется автотрансформаторная связв между первой обмоткой дросселя и сбросовой обмоткой, состоящей иэ первой и второй обмотки. При таком виде связи значительно снижается коэффициент рассеяния и индуктивность рассеяния. Это приводит к тому, что интервал перехода тока практически равен нулю, а дополнительные выбросы .прямого напряжения отсутствуют.

Применение цепи доэаряда позволяет повысить устойчивость коммутации при:..возмущениях со стороны питания.

Так, например, при исчезновении питания напряжение на конденсаторе по35 степенно снижается, до нуля, а затем. при восстановлении питания оно в первом же периоде. возрастает до Е, т.е. на 25% больше, чем в установившемся режиме (фиг. 2) . Эти два факgg тора заметно повышают устойчивость коммутации.

1020944

Составитель Г. Мыцык

Редактор Е. Папп ТехредЕ.Харитоичик, Корректор С..щекмар

Заказ 3912/47 Тираж 687 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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