Инвертор

 

ИНВЕРТОР, содержащий подключенные к входным выводам основные вентили, соединенные по мостовой схеме, к ветвям которой подключены встречно-параллельно соединенные индивидуальные коммутирующие вентили, подключенные общей точкой к источнику коммутирующего напряжения, соединенному противофазным выводом с групповыми коммутирующими Вентилями, а также защитные .RC-цепи, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и надежности путем снижения крутизны нарастания анодного напряжения на вентилях, защитные RC-цепи подключены между общей точкой индивидуальных коммутирующих вентилей и входными выводами. т; М4 f М .5 Ш 00 00

СОЮЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(5Р Н 02 М 7 515

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬС ГВУ ные вентили, соединенные по мостовой схеме, к ветвям которой подключены встречно-параллельно соединенные индивидуальные коммутирующие вентили,-подключенные общей точкой к источнику коммутирующего напряжения, соединенному противофазным выводом с групповыми коммутирующими Вентилями, а также защитные .RL-цепи, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и надежности путем снижения крутизны нарастания анодного напряжения

»а вентилях, защитные RC-цели подключены между общей точкой индивидуальных коммутирующих вентилей ивходными выводами.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3344223/24-07 (22) 29.09.81 (46) 23.09.83. Бюл..Р 35

" (72) В.С. Высочанский (71) Все»союзный научно-исследовательский институт электромеханики (53) б21.314.572(088.8) (56),1. Гуткин Б.N. "Инвертор напряжения как источник питания разветвленной сети потребителей".

Труды ВНИИЭМ, т. 50, 1977, с. 1320.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 32бб01, кл, Н 02 М 7/515, 1970. (54) (57) ИНВБРТОР, содержащий подключенные к входным выводам основ..SU„„1043803 A

1043803

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике - к преобразовательным устройствам (ПУ) со звеном постоянного тока, собранньм на мостовых схемах с искусственной коммутацией вентилей. ПУ служит-для преобразования постоян- ного тока в переменный ток заданной

Частоты или для обратного преобразования. ПУ могут работать в качест.ве устройств гарантированного пита- 10 ния потребителей переменного тока стабилизированной частоты и напряжения; а также в качестве устройств для питания регулируемого электропривода переменного тока. 15

Известно ПУ с трехфазным выходом, выполненное на основе трех однофазных инверторов, каждый иэ которых содержит мост основных вентилей, шунтированных обратными диодами, четыре индивидуальных коммутирующих вентиля, групповой коммутирующий конденсатор, два групповых коммутирующих тиристора (1 ).

Наиболее близким к предлагаемо. му является инвертор, содержащий

2 основные и коммутирующие вентили, объединенные в анодную и катодную группы, к общей точке которых подсоединен групповой коммутирующий конденсатор. Другой его вывод подсоединен к средней точке цепи из двух групповых вентилей, подключенных ооответственно к плюсовому и минусовому проводам звена постоянного тока Г2 3. 35

Недостатком известного устройства является большое число вентилей.

Для улучшения использования этих вентилей, их защищают КС-цепочками, включаемыми параллельно каждому 40 из защищаемых вентилей. Число вентилей и, следовательно, число RC-це-. пей велико, поэтому потери энергии в них влияют на КПД инвертора, что увеличивает его габариты, как 45 из-за необходимости размещения большого числа RC-цепей, так и из-эа необходимости обеспечения соответствующего теплоотвода..В инверторе наиболее остро стоит вопрос о снижении крутизны нарастания напряжения на индивидуальных коммутирующих вентилях в момент начала коммутации, а на основных вентилях— в момент ее окончания. При этому требования к защите первых усугубляются тем, что поскольку все они имеют общую узловую точку, к которой подсоединен коммутирующий конденсатор, то число фронтов кривых напряжений с максимальной крутизной 60 на этих вентилях больше, чем у других вентилей. На крутизну и уровень этих фронтов влияют как неодновременность подачи отпирающих импульсов на синфазноуправляемые групповые и индивидуальные коммутирующие вентили (иэ-.эа асимметрии системы управления), так и неиден« тичность этих вентилей по времени их включения. Вопрос о габаритах

RC-цепей и потерях в них особенно важен при широтном методе регулирования напряжения, при котором число коммутаций вентилей в несколько раэ превышает выходную частоту.

Целью изобретения является повышение КПД и надежности путем снижения крутизны нарастания анодного напряжения на вентилях.

Цель достигается тем что в инверторе, содержащем подключенные к входным выводам основные вентили, соединенные по мостовой схеме, к ветвям которой подключены встречнопараллельно соединенные индивидуальные коммутирующие вентили, подключенные общей точкой к источнику коммутирующего напряжения, соединенному противофазным выводом с групповыми коммутирующими вентилями, а также защитные RC-цепи, защитные RC-цепи подключены между общей точкой индивидуальных коммутирующих вентилей и входными вы-" водами.

В результате каждая из двух названных RC-цепей защищает половину основных вентилей (ту половину; которая подключена к одноименному с RC-цепью входному выводу) независимо от числа фаэ (ветвей) мостовой схемы и, кроме того, защищает все индивидуальные коммутирующие вентили.

На фиг, 1 приведен трехфазный инвертор с двумя RC-цепями для защиты всех основных и всех индивидуальных коммутирующих вентилей от недопустимых значений перенапряжений, возникающих при работе узла коммутации (обратные диоды на схеме не показаны, поскольку их наличие.в инверторе не обязательно), на фиг. 2 — пример исполнения однофаз ного инвертора, в котором наряду с предложенными (групповыми) RC-periaми подключены дополнительные (традиционные индивидуальные) RC-цепи.

Включение последних целесообразно, если нагрузка может быть неопределенно малой, а отпирающие импульсы основных вентилей не сплошные, а набираются из последовательности узких импульсов. (В этом случае возможно самопроизвольное запирание основных вентилей в межкоммутационные интервалы времени и возникновение дополнительных пиков перенапряжения .на основных вентилях) . Данный пример показывает как традиционные RC- öåïè на основных вентилях, благодаря групповым RC-цепям, усиливают одновременно защиту инди1043803

Технико-экономическая эффектив-, 60 ность предлагаемого ПУ заключает:ся в повышении эффективности исполь зования его защитных RC-цепей и снижении тем самым опасных значе ний о и пиков, перенапряжения на

65 d4

3 видуальных коммутирующих вентилей.

Поскольку основные защитные функции выполняют групповые RC-цепи, то индивидуальные RC-цепи могут быть выполнены более легкими.

На фигурах обозначены основные вентили 1-6, групповые коммутирующие вентили 7 и 8, коммутирующий дроссель 9 и коммутирующий конден-, сатор 10, индивидуальные коммутирующие вентили 11-16, основные защитные RC-цепи 17 и 18, обратные диоды 19-22, традиционные RC-цепи

23-26, точки соединения смежных

RC-цепей для усиления их защитного, действия 27 — 32.

Запирание вентилей в инверторе по фиг. 1 производится одновременным включением группового и одного из индивидуальных коммутирующих вентилей. Например, при эапирании вентиля 1 одновременно подают от - . пирающие импульсы на.вентили 7 и

11, а при эапирании вентиля 2 на вентили 8 и 12 и т.д. Если в схеме отсутствуют обратные диоды, то к моменту, когда напряжение на . конденсаторе после изменения знака станет больше или равно входному напряжению, дополнительно отпирают следующий по порядку включения,ин- . дивидуальный коммутирующий вентиль.

Так к моменту, когда при эапирании.вентиля 1 напряжение. конденсатора 10 достигнет названной величины, подают отпирающий импульс на вентиль 12, а-при запирании вентиля 2 — на вентиль 13.

Запирание вентилей в схеме фиг. 2 производится аналогично, с той лишь разницей, что операции, связанные с включением коммутирующих вентилей смежных фаз, здесь, благодаря диодам 19-22, не требуются. 1

Обрыв обратного тока в цепи ос- . новных вентилей, который вызывает . появление опасных значений, про-

ДО: исходит в момент их запирания под действием напряжения конденсатора.

В это время включен соответствующий индивидуальный коммутирующий : вентиль, поэтому RC-цепь 17 оказы-: вается подключенной к запираемому вентилю иэ числа вентилей 1„3,5,:;. а.RC-цепь 18 оказывается подключенной к запираемому вентилю иэ числа! вентилей 2, 4, 6.

В отличие от основных вентилей . повышенное значение на венти-.-

dt лях 11-16 возникает в начальный .момент коммутации, когда к ним скачком прикладывается входное напряжение или даже суммарное напряжение входное и на конденсаторе (последнее, как указывалось, возникает из-3а асимметрии системы управления и неодинаковости времени включения коммутирующих вентилей). RC-цепи

17 и 18 в равно мере обеспечивают защиту вентилей 11-16, ограничивая скорость изменения потенциала общей точки коммутирующих вентилей относительно входных зажимов.

Спад тока в цепи коммутирующих вентилей происходит во много раз медленнее, чем в цепи основных вен10 тилей в начальной стадии коммутации и может не сопровождаться сколь-нибудь заметным обрывом тока этих вентилей. Поэтому в ряде случаев в инверторе достаточна установка

15 только двух названных RC-цепей. Например, если алгоритм управления вентилями ПУ обеспечивает упомяну- тое ограничение величины напряжения на конденсаторе относительно входного напряжения таким, что их разница составляет -несколько десятков вольт, то обестачивание ксэмутирующих вентилей не сопровождается перенапряжением и в это время их защита от перенапряжения и Щ ..не требуется. Если же напряжение на конденса- торе относительно входного составляет большие десятки или сотни вольт, то вентили 11-16 нуждаются в дополнительной защите от обрыва

ЗО обратного тока в момент окончания коммутации. Эту защиту целесообразно осуществить одновременно с защитой основных вентилей.

Как видно из фиг. 2, при подклю35 чении к основным вентилям традиционных КС-цепей 23-26„. в условиях, когда подключены групповые RC-цепи, каждый иэ индивидуальных коюсутирующих вентилей оказывается охва»

40 чен эквивалентной RC-цепью с параметрами

„c„c, „Я,+ад

СЗ С1С2 Э 2 где С, С вЂ” соответственно емкости

1. групповых (основных) и индивидуальных (традиционных) RC-цепей, R„, R — соответственно резисторы названных цепей.

50,Цля еще более эффективного использования -емкостей защитных RC-цепей целесообразна точки 27, 28 и 29 или/и точки 30, 31 и 32 соединить между собой накоротко или через дополнительные резисторы, шунтирующ е Кэ.

1043803

Составитель И. Жеребина

Редактор A Шандор Техред Т. Фанта Корректор 0, Тигор

Заказ 7354/59 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

:вентилях ПУ. Например, в ПУ по фиг. 1 две защитные RC-цепи выполняют функции шести защитных RC-цепей с аналогичными параметрами, подключаемыми параллельно основным вентилям и трех защитных RC-цепей, подключаемых параллельно парам вентилей 11 и 14, 13 и 16, 15 и 12.

При одинаковых параметрах RC-цепей защита последних оказывается а два раза более эффективной, поскольку нарастанию напряжения на этих вен.тилях в данном ПУ препятствуют обе защитные КС-цепи, а не одна иэ многих, как это имеет место при традиционном подключении RC-цепей, что эффективно уменьшает влияние асимметрии системы УПравления на по (И

Усиление защитного действия

RC-цепей, защищающих все вентили, а особенно индивидуальные коммутирующие вентили, повышает надежность

ПУ и в конечном счете степень исполь" эования его вентилей. Повышенная защита индивидуальных коммутируюl0 щих вентилей наиболее важна, поскольку скачок на них напряжения и крутизна его по случайным практически неустранимым причинам, как показано выше, могут меняться более чем в

15 гва раза.