Последовательный инвертор

 

1. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ ИНВЕРТОР , содержащий подключенные первыми обкладками, к соответствующим входным выводам два конденсатора, каждый из которых зашунтирован последовательно соединен11ыми тиристором и дросселем и подключен второй обкладкой, через встречный диод к другому входному выводу, две последовательные цепочки в каждой фазе, состоящие из дополнительного дросселя и диода, включенного согласно с тиристором, и соединенные со вторыми обкладками кон денсаторов. а также цепь нагрузки и блок широтно импульсного управления тиристо рами, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможногСТей за счет обеспечения регулирования частоты и получения многофазного выходного напрйжеНйя. введен многофазный выпрямительный мост; подключенный встречно ко входным выводам и соединенный вы.водами переменного тока с цельюнзгрузки, атакже на 1( фазу введены два дополнительнь1х тиристора, два дополнительных конденсатора и два трансформатора, первичная обмотка каждого из которых включена последовательно с доодом соответствующей последовательной цепочки и совместно с ним зашунтирована дополнительным тиристором, причем все 11оследова1тёльнь1ецепочхи соединены параллельноч а вторичные обмотки трансф|ррматорр& включены последовательно с соответствуюсл щими диодами выпрямительного моста с плечи крторогЬ зашунтированы дополнительными конденсаторами. 2. Инверто|3 по п. 1. о т л и ч SK щ и и с я тем ЧТО) при с офазном выходном напряжении трансформатор снабжен до11 нйтёльйой ефрйчйрйдбмоткой, вклюо о ч1енндй в соответствующее гглечр Выпрямитёй ногомоста . 00 ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„5Q„„1098495 А1 (з1)5 Н 02 М 7/515

ГОсудАРстВеннОе пАтентнОе

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ. СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 . 2 (21) 3425374/07 ..: расширения функциональных возможно(22) 23;04,82 . -стей эа счет обеспечения регулирования ча(46} 15.10.93. Бел. hh 37-38 .: стоты и получения многофазного выходного . P23 B;P.,ftenn, Х.М.Сибгатулин, А.Б.Эзрохин. напряжения, .введен многофазный выпряи Р.С.Шейкин:;: - мйтельйый мост; подключенный встречно ко (55) Авторское свидетельство CCCP . - . входным выводам и соединенный выводами

М 982610,-кл. Н 02 М 7/515, 1978; переменного тока с целью нагрузки, а также

Авторское свидетельство СССР: на каждую фазу введены два дополнитель Ь 982511, кл, H 02:Ì 7/516, 1978; . ных тйристора, два дополнительных кон-. Авторское свидетельство СССР . денсатора . и . два трансформатора, Рв."101:10И, кл. Н.02 М.7/515. 1980. . первичная обмотка каждого -из которых включена последовательно с диодом соот(54)(57) 1, ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ ИНВЕР-::ветствующей последовательной цепочки и

ТОР, содержащий подключенные первыми . совместно с ним зашунтирована дополниобкладками. к соответствующим входным:: тельным тиристором, причем все. последовыводамдва:конденсатора,каждыйизкото-. -,вательные цепочки соедийены параллельрых.:заыунтиравайпоследовательно соедин- : но, а вторичные обмотки трансформаторов

:ненными тиристором и дросселем и включеныпоследовательноссоответствую. подключен второй.обкладкой;через встреч- щими диодами аыпрямительного моста, ный:диод к другому входному выводу,.две .-: - плечи крторог6 эааунтированы дополнипоследовательные цепочки в каждой. фазе. тельными конденсаторами. состоящие из дополнительного дросселя. и: . 2. Инвертор по, п. 1, о т л и ч а ю щ и йдйода; включенного согласна с тиристором, .: с я тем, что при однофазном выходном наи соединенйые со вторыми обкладками кон- пряжении карый трансформатор снабжен денс@торов, а.также цепь нагрузки и блок: дополййтельйой вторичйой обмоткой, вклюаиро но-.импульсного управления тириста-: . ченной ii соотввтетвующее плечо выпрями. рами,о.тличающийся тем,что.сцелью- тельногомоста.

1098495

25

3

Изобретение относится к области преобразования постоянного тока в переменный регулируемой частоты и амплитуды с различным числом фаз с помощью тиристорных инверторов с последовательной 5 коммутацией и может быть использовано для регулирования скорости электродвигателей переменного тока и для систем элект-.. ропитания с чаюМФОА и количеством фаэ, 10 отличными от;,щ рмыщленных.

Известен последовательный инвертор с двумя источниками питания, который содержит коммутирующий iC-контур, ключевые элементы, соединения мостового типа 15 для подключения ключевых элементов к источника питания, Недостатки этого инвертора: несимметричный:режим работы, частично-импульсное регулирование выходного напряжения, ограничения по величине сопротивления нагрузки.

Известен также последовательный инвертор, содержащий четйре 1С-контура с тиристорами. связанных через диоды с источником питания, и четыре ключевых злемента в цепи .нагрузки.. Инвертор обеспечивает симметричный режим преобразования. но сложен и не допускает регулирования выходного н апряжения, нагрузка инвертора должна быть индуктивного характера.

Наиболее близким техническйм решением к предлагаемому является последовательный инвертор, содержащий первую и вторую ячейки. в каждой иэ которых к сооТ ветствующей шине питания подключен конденсатор, а параллельно ему включены последовательно. соединенные первый дроссель и тиристор, к которому подключены два разнополярно вклгоченных диода — 40 первый диод, включенный встречно с тиристором, соединен с другой виной питания непосредственно; -второй диод включен согласно с тиристором и последовательно со вторым дросселем; цепь нагрузки и блок 45 широтно-импульсного управления тиристорами.

Инвертор устойчив. во всем диапазоне изменения сопротивления нагрузки от бесконечности до нулевого значения, Выход- 50 ной параметр регулируется широтно-импульсным методом.

Однако указанный инвертор не обеспечивает получение перемен ного напряжения (тока) с частотой ниже.чем собственная частота инвертирования. а при исполнении на низкие рабочие частоты имеет неудовлетворительные габаритно-весовые показатели, Целью изобретения является расширение функциональных возможностей инвертора эа счет обеспечения возможности регулирования частоты и получения многофазного выходного напряжения.

Для дости)кения поставленной цели в последовательный инвертор, содержащий подключенные первыми обкладками к соответствующим входным выводам два конденсатора, каждый из которых эашунтирован последовательно соединенными тиристором и дросселем. и подключен второй обкладкой через встречный диод к другому входному выводу, две последовательные цепочки в каждой фазе, состоящие иэ дросселя и диода, включенного согласно с. тиристором, и соединенным со вторымиобкладками конденсаторов, а также цепь нагрузки и блок широтно-импульсного управления тиристорами, введен многофазный выпрямительный мост, подключенный встречно к входным выводам и соединенный выводами переменного тока с цепью нагрузки. Кроме того, на каждую фазу введены даа дополнительных тиристора, два дополнительных. конденсатора и два трансформатора, первичная обмотка каждого иэ которых включена последовательно с диодом соответствующей последовательной цепочки и совместно с ним зашунтирована дополнительным тиристором,. причем все последовательные цепочки соединены параллельно, а вторичные обмотки трансформаторов включены последовательно с соответствующими диодами выпрямительного моста, плечи которого зашунтированы дополнительными конденсаторами.

При однофазном выходном напряжении каждый трансформатор снабжен дополнительной вторичной обмоткой, включенной в соответствующее плечо выпрямительного моста.

Инвертор позволяет преобразовать напряжение постоянного тока в переменное напряжение регулируемой частоты и амплитуды с различным числом фаз за счет раздельного регулирования тока в обмогках дополнительных трансформаторов пу ем соответствующего управленйя дополни- . тельными тиристорами с помощью импульсов запуска, поступающих из блока широтно-импульсного управления тиристорами.

На фиг.1 изображена схема трехфазнеого варианта устройства; на фиг.2 — схема однофаэного устройства, на фиг.3, 4 — временные диаграммы напряжений U и токов i элементов инверторов, Инверторы (фиг.1 и 2) содержат тиристоры 1, 2, подключенные к входным выводам конденсаторы 3, 4, последовательно с тиристорами включены дроссели 5, 6 и встречные диоды 7, 8 последовательные це1098495 почки, состоящие из диодов 9 — 14 и рополнительных дросселей 15-20. Дополнительные тиристоры 21-26 шунтируют диоды

9-14 и последовательно соединенные с ними первичные обмотки 27-32 трансформаторов. Инвертор содержит также источник питания 33, блок широтно-импульсного управления 34 и многофазный выпрямительный мост на диодах 35-40, .включенных

10 встречно, причем последовательно с диодами включены вторичные .обмотки 41-46 трансформаторов, а -выводы переменного тока моста соединены с цепью нагрузки, дополйительные конденсаторы 47-52, На

:фиг.2 дополнительные вторичные обмотки

53, 54 трансформаторов включены аналогично основным, Буквами а-гп обозначены места .подключения первичных обмоток трансформаторов.

На фиг.3, а-е приведены временные 20 диаграммы напряжений U и токов i элементов инвертора фиг.1: а — напряжение О на конденсаторах 3, 4; 6 — напряжение U. на тиристорах 1,2;. в — ток i через дроссели 5. 6

i через диоды 9 — 14. и первичные обмотки

27-32 трансформаторов.

Нафиг.4, а-в, приведены временныедиаграммы токов 1 и напряжений U мостовой 30 схемы; а — ток i через вторичные обмотки 41,.46 трансформаторов и диоды 35Ä 40;, б — ток i через вторичные обмотки 43, 44

35 трансформаторов и диоды 37, 38; в — напряжение 0 одной фазы на выходе ин вертора.

Инвертор работает следующим образом.

Перед пуском инвертора конденсаторы

3 и 4 (фиг.1) заряжены от источника 33 питания до его напряжения (например, за счет

40 токов утечки диодов 7 и 8, если эти токи много больше токов утечки тиристоров 1 и

2). Конденсаторы 47 — 52 заряжены до напря- 45 жения, равного половине напряжения источника 33. Напряжения на выходных выводах инвертора равны нулю.

В момент времени t> (фиг. Зб) импульсами запуска, поступающими из блока 34 управления (фиг,.1), одновременно включаются тиристоры 1 и 2 и происходит. перезаряд конденсаторов 3 и 4 через тиристоры 1 и 2 и дроссели 5 и 6. Колебательные контуры, образованные указанными кон55 денсаторами и дросселями, имеют высокую добротность и собственную частоту, в несколько раз выше рабочей частоты инвертора, поэтому к концу первого полупериода собственной частоты контуров (момент вреи тиристоры 1, 2 ; г — так i через конденсато- 25 ры 3, 4; д — ток)через катушки 15 — 20; е — ток мени на фиг.За) конденсаторы зарядятся до напряжения первоначального значения, но противоположного знака.

В течение этого полупериода за отрезок времени т1 = t2-т3 в контурах инвертора (фиг.1) протекает импульс тока синусоидальной формы, показанный на фиг. Зв, r. В момент времени tz (фиг. За) ток s контурах спадае до нуля; тиристоры 1 и 2 (фиг.1) выключаются, и начинается: перезаряд конденсаторов 3 и 4 по цепи: источник 33, конденсатор 3, дроссели 15-20, диодц 9-14, . первичные обмотки 27 — 32 трансформаторов, конденсатор 4 синусоидальной полуволной. тока (фиг. 3r и Зд) длительностью

tã. = М-тг (фиг. За). При отсутствии импульса запуска дополнительных тиристоров 2 I 26 (фиг.1) из блока 34 управления токи первичных обмоток 27, 28, 29, 30, 31, 32 трансформаторов трансформируются в их вторичных обмотках 41, 42, 43, 44, 45, 46; при симметрии схемы диодного моста эти токи не могут изменить напряжений на конденсаторах 47, 48, 49, 50, 51, 52, напряжения на выходных зажимах инверторы равны нулю, а трансформируемая энергия .возвращается в источник 33 питания. В момент времени тз. напряжение на конденсатора 3 и 4 (фиг.1), а также тиристорах 1 и 2 становится равно нулю (тз-т — время, предоставляемое для восстановления запирающих свойств тиристоров), конденсаторы 3 и 4 начинают заряжаться напряжением первоначальной полярности, К моменту, когда напряжение на конденсаторах 3 и 4 достигает величины напряжения источника 33 питания, в дросеелях 5. 16, 17, 18., 1.9, 20 еще имеется некоторая избыточная реактивная энергия, которая, также возвращается в источник 33 питания по цепи: дроссели 15, 16, 17, 18, 19, 20, обмотки 27,.28, 29. 30, 31, 32 трансформаторов, диоды 7 и 8. В момент времени тз токи в цепях инвертора прекращаются и схема возвращается в исходное состояние.

При подаче импульсов запуска из блока

34 управления на дополнительные тиристоры 21, 22; 23. 24, 25, 26 в момент времени ts (фиг. 3e) первичные обмотки 27, 28, 29, 30, 31, 32 трансформаторов шунтируются дополнительными тиристорами, вследствие этого токи в первичных обмотках, а следовательно, и. во вторичных обмотках 41, 42, 43, 44, 45, 46 трансформаторов протекает только в течение промежутка времени t3 = t5-l2.

Поскольку дополнительные тиристоры 21, 22, 23, 24, 25. 26 управляются независимо друг от друга, изменением длительности гз пратеканйя тока в обмотках отдельных трансфбрматоров вызывается разбаланс

1098495 напряжений на конденсаторах 47,48, 49, 50, 51, 62. Например, если тиристоры 21 и 25 будут включены раньше тиристоров 22 и 24, напряжения на конденсаторах.47 и 51 уменьшатся, а на конденсаторах 5О и 51— увеличатся, при этом между выходными за» жимами инвертора появляются напряжения, величину и. закон изменейия которых можно регулировать изменением момента включения каждого из дополнительных тиристорав 2.1, 22,.23;,24, 25, 26.

Однофазный. инвертор работает аналогично описанному. Его схема отличается только налйчием двух трансформаторов, каждый и3 которых имеет две вторичные обмотки 41. 54 и 42, 53 соответственно.

При большом ртйошении частоты инвертирования к выходной частоте устройства (как правило, отношение составляет не . менее двух порядков) инвертар позволяет получить выходное синусоидальное напряжение с достаточно малыми пульсациями с

5 частотой инвертирования на выходе. Инвертор имеет высокую надежность и долговечность, коэффициент мощности со стороны питающей сети равен 1, КПД равен 0;9 (при мощности инвертора 5 — 15 кВт).

10 (56) Авторское свидетельство СССР

bL 982510, кл. Н 02 М 7/615, 1978.

Авторское свидетельстро СССР

l4 982511, кл, Н 02 M 7/615, 1978.

15 Авторское свидетельство СССР

N. 1О1 1016, кл. H 02 M 7(515, 1980.

1098495

1098495 авиа,4

Составитель Р.Шейкин

Редактор А;Кузнецова Техред М.Моргвнтаа Корректор А. Козориз

Тираж . Подписное

НПО " Поиск" Роспатента

1 l3035, Москва, Ж 38, Раувская наб., 4/5

Заказ 3182

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101