Инвертор для преобразования постоянного напряжения в одноили многофазное переменное напряжение с защитой

 

Изобретение относится к о бласти электротехники и может быть использовано в инверторах для преобразования постоянного напряжения в одно или многофазное переменное напряжение с защитой. Цель изобретения - повьшение надежности и упрощение устройства. Инвертор содержит по крайней мере два полумоста 1, 2, включенных между входными вьгаодами 3 .для подключения источника постоянного напряжения. Полумосты I, 2 состоят из последовательно соединенных а Р СО с Э- N5 4i)k 01 1C О ч f ы

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (58 4 Н 02 Н 7/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР пО ДелАм изОБРетений и ОткРытий (21 ) 3588375/24-07 (86) РСТ/HU 82/00023(07.05.82) (22) 05.05.83 (31) 2589/81 (32) 09.09.81 (33) НП (46) 15,07.86. Бюл. У 26 (71) Вилламошипари Кутато Интезет (HU) (72) Бела Борошш, Эндре Фюзеши, Карой Гански, Тибор Кондор, Карой Мошоньи и Ласло Тиханьи (HU) (53) 621.316.925.4(088.8) (56) Патент Швеции 9 365915, кл. Н 02 M 1/18, 1974 °

Патент США - 3654541, кл. Н 02 M 1/18, 1972.

„„SU ÄÄ 1245267 А 5 (54) ИНВЕРТОР ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ОДНО- ИЛИ

МНОГОФАЗНОЕ ПЕРЕМЕННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

С ЗА1ЦИТОй (57) Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в инверторах для преобразования постоянного напряжения в одно или многофазное переменное напряжение с защитой. Цель изобретения— повышение надежности и упрощение. устройства. Инвертор содержит по крайней мере два полумоста 1, 2, включенных между входными выводами 3 .для подключения источника постоянного напряжения . Полумосты 1, 2 состоят из последовательно соединенных между выв одами 3 для, подключения ис точника постоянного напряжения, снабжен средним выходным выводом 4 и включает в себя последовательно сое5 диненные плечи 5 и 6, которые снабжены начальными 7 и 8 и концевыми 9 и 10 полюсными зажимами. Первый полумост 1 содержит в каждом плече 5 и 6 один тиристор 11 и !2, блок 13 контроля закрытого состояния тиристоров, включающий в себя датчики 14 и 15 состояния тиристоров, входные выводы 16 и 17 каждого из которых подключены к начальному и концевому полюсным зажимам каждого из двух последовательно включенных плеч 5 и 6 первого полумоста 1, блок 18 управления, включающий в себя генератор 19 так1 товых импульсов, имеющий выходные зажимы 20 по числу фаз, регулятор 21 тока и узел 22 формирования импульсов управления тиристорами, блок 23 принудительной коммутации, первым и вторым входами подключенный к перво25 му 24 и второму 25 выходам блока 18

12452 плеч 5, 6 и снабжены средними выходными выводами 4. Плечи 5, 6 снабжены начальными 7, 8 и концевыми 9, 10 полюсными зажимами. По крайней мере один из полумостов содержит в плечах один из тиристоров 11, 12, блок контроля закрытого состояния тиристоров (БКЗСТ) 13 и блок управления (БУ) 18. БКЗСТ 13 включает датчики состояния тиристоров, входные выводы каждого из которых подключены к начальному 7 (81 и концевому 9 (10) полюсным зажимам. БУ 18 включает генератор тактовых импульсов (ГТИ) с выходными зажимами по числу фаз, регулятор тока и узел формирования импульсов управления тиристорами (УФИУТ). В инвертор введен также блок принудительной комИзобретение относится к электротехнике, а именно к силовой преобразовательной технике, и может быть использовано в инверторах для преобразования постоянного напряжения в одно- или многофазное переменное напряжение с защитой.

Цель изобретения — повышение надежности и упрощение устройства.

На фиг. 1 представлена функциональная схема инвертора для преобразования постоянного напряжения в одно- или .многофаэное переменное напряжение с защитой; на фиг. 2 — пример выполнения инвертора,с несколькими последовательно включенными тиристорами в каждом плече моста; на фиг. 3 — схема блока контроля состояния тиристоров; на фиг. 4 — схема блока принудительной коммутации; на фиг. 5 и 6 — схемы соединения блока; принудительной коммутации с нагрузкой; на фиг. 7 — схема инвертора, второй полумост.которого содержит конденсаторы.

Инвертор для преобразования постоянного напряжения в одно- или многофаэное переменное напряжение с защитой, выполненный по мостовой схеме, содержит по крайней мере 1 и 2 полумосты, каждый из которых включен

67 мутации 23, включенный между BblxoflA ми 24, 25 БУ !8 и средними выводами 4 полумостов 1, 2. БКЗСТ 13 снабжен элементом совпадения, входами соединенным с выходами датчиков состояния тиристоров, ГГИ и регулятора тока, а выходом — с входом УФИУТ.

Вход регулятора тока подключен к выходу ГТИ. Благодаря запрещению отпирания всех тиристоров предотвращащается недопустимая нагрузка напряжением на неповрежденный тиристор и возможное пробивное короткое замыкание плеча полумоста. В инверторе обеспечивается синхронная работа

БКЗСТ 13 и блока принудительной коммутации 23, введение которого упрощает соединения между инвертором и нагрузкой 44. 5 э.п. ф-лы. 7 ил. управления, а выходом — к средним выходным выводам полумостов, блок 13 контроля закрытого состояния тирисУоров снабжен элементом 26 совпадения, первый вход 27 которого подключен и выходу 28 и 29 датчиков 14

1245267

Второй полумост 2 содержит в каждом плече 5 и 6 по крайней мере один конденсатор 45 и 46, а блок 47 контроля отклонения уровня напряжения от заданного одним входом 48 соединен с одним из выводов 3 для подключения источника постоянного напряжения, другим входом 49 соединен со средним выходным выводом 4 второго полумоста 2, а выходом 50 соединен с первым входом блока 13 контроля закрытого состояния тиристоров.

50 и 15 состояния тиристоров, второй вход 30 подключен к выходу 20 генератора 19 тактовых импульсов, третий вход 31 подключен к выходу 32 регулятора 21 тока, вход которого подключен.к выходу 20 генератора 19 тактовых импульсов, а выход 33 элемента 26 совпадения подключен к входу

34 узла 22 формирования импульсов управления тиристорами.

Дополнительно каждое из двух последовательно соединенных плеч 5 и 6 первого полумоста 1 содержит несколько тиристоров ll и 12, включенных последовательно. Блок 13 контроля закрытого состояния тиристоров снабжен соответствующим количеством датчиков 14 и 15 состояния тиристоров, вход 16 и 17 каждого иэ которых подключен параллельно соответствующему тиристору 11 и 12, а выходы— к соответствующим дополнительно введенным входам элемента 26 совпадения.

Блок 23 принудительной коммутации содержит трансформатор 35, включающий в себя первичную обмотку 36 и по крайней мере одну вторичную обмотку 37. Первичная обмотка 36 включена между средними выходными выводами 4 первого 1 и второго 2 полумостов, а вторичная обмотка 3? соединена с узлом 38 коммутации, состоящим из последовательно соединенных дросселя 39, конденсатора 40 и встречно-параллельно включенных вспомогательных тиристоров 41 и 42 управляющие электроды которых йспользованы в качестве входов блока 23 принудительной коммутации. Трансформатор 35 блока 23 принудительной ком- 4о мутации может содержать дополнительную вторичную обмотку 43, выводы которой могут быть использованы в качестве выходных выводов для подключения нагрузки 44. 45

Инвертор работает следующим образом.

Блок 13 контроля закрытого состояния тиристоров выполнен таким образом, что, если два поспедовательно включенных управляемых плеча 5 и 6 (фиг. 1) заперты в направлении проводимости (т.е. плечи 5 и 6 задерживают проводимость) то блок 13 выдает блоку 18 управления команду для отпирания тиристоров 11 и 12, под действием которой блок 18 управления выдает стоящим на очереди в линии тиристорам 11 и 12 команду отпирания.

Если одно из плеч 5 и 6 должно быть в направлении проводимости в проводящем состоянии, то блок 13 контроля закрытого состояния тиристоров через блок 18 управления запрещает отпирание тиристоров ll и 12, запертых в направлении проводимости плеч .5 и 6.

Блик 13 контроля закрытого состояния тиристоров может осуществлять эффективный контроль только в том случае, если принудительная коммутация тиристоров 11 и 12 осуществляется независимо от отпирания тиристоров, т.е. прекращение проводимости проводящего тока тиристора 11 посредством принудительной коммутации не зависит от отпирания тиристора 12. Поэтому инвертор .снабжен независимым от тиристора 11 и 12 блоком 23 принудительной коммутации, который управляется блоком 18 управления синхронно с сигналом по меньшей мере одного выходного зажима 20 генератора 19 тактовых импульсов. По этой причине блок 18 управления снабжен выходами 24 и 25, выдающими в полупериодах

С) раздельно по фазе, изменяющую электрический уровень сигнала, находящуюся по отношению друг к другу в противофазе команду запирания.

Напряжение запирания тиристоров 11 и 12 управляемых плеч 5 и 6 моста в направлении проводимости значительно выше, чем возникающее в электрической цепи падение напряжения в направлении проводимости. Запертое состояние обоих тиристоров 1! и 12 в направлении проводимости указывает на надежность плеч 5 и 6 моста инвертора с мостовой схемой. Ни открытое состояние одного тиристора, ни запертое состояние другого в направлении проводимости обоих тиристоров 11

1245267 и 12 не указывает на ошибки, если блок 23 принудительной коммутации споC собен под воздействием запирающей команды выходов 24 и 25 прекращать проводимость проводящего тиристора..

Если прекращения не происходит, то проводящее состояние одного тиристора и запертое состояние другого в направлении проводимости указывает 1Î на ошибку, в этом случае блок 13 контроля закрытого состояния тиристоров запрещает дальнейшую работу инвертора. Когда полумост 1 содержит в последовательно включенных управляемых плечах 5 и 6 по нескольку тиристоров 11 и 12 при одном, задерживающем проводимость, запертом в направлении проводимости состоянии всех тиристоров ll и 12, последовательно включенных обоих управляемых плеч 5 и 6 моста, блок 13 контроля закрытого состояния тиристоров выдает блоку 18

25 управления команду для отпирания стоящих на очереди тиристоров 11 или

12. Если один из тиристоров 11 и 12 находится в направлении проводимости в проводящем состоянии, то блок 13 контроля закрытого состояния тиристоров запрещает через блок 18 управления,отпирание запертого в направлении проводимости плеч 5 и б моста. Если величина напряжения питания требует наличия нескольких тиристоров в от- 35 дельных плечах моста, то при безуспешном запирании или повреждении какого-либо тиристора 11 или 12 или недостаточной запираемости в направлении провоцимости блок 13 контроля закрытого состояния тиристоров предотвращает недопустимую нагрузку напряжением неповрежденного тиристора в направлении проводимости и возможное пробивное короткое замыкание плеча моста тем, что запрещается отпирание всех тиристоров, вследствие чего входное постоянное напряжение попадает как на тиристоры неповрежденного плеча моста, так и на неповрежденные тиристоры поврежденного плеча моста (фиг. 2) °

На выходах 28 и 29 датчиков 14 и 15 состояния тиристсров (фиг. 3) меняется логический уровень сигнала 55 при изменении состояния тиристоров Il и 12. Этот сигнал поступает на вход 27 элемента 26 совпадения. На выходе 33 элемента 26 совпадения при утствует сигнал в том случае, когда датчики 14 или 15 состояния тиристоров регистрируют запертое в направлении лроводимости состояние плеч 5 и 6 моста и через выходы 28 и 29 подают соответствующий сигнал на вход 27, на входе 31 присутствует сигнал, а поданный на вход 30 сигнал от генератора 19 тактовых импульсов не отменяет разрешение на появление указанного выходного сигнала элемента совпадения, Сигнал выхода 33 отменяется генератором 19 тактовых импульсов через вхоц 30 при следующем чередовании тактовых импульсов. Вслед за этим блок 13 контроля закрытого состояния тиристоров контролирует неоднократно состояние управляемых плеч 5 и 6 моста в направлении проводимости и, пока не поступает сигнал о запертом состоянии в направлении проводимости, запрещается управление плечами 5 и 6 моста и отпирание тиристоров 11 и 12. Контроль управляемых плеч моста и тиристоров плеч моста инвертора с мостовой схемой в отношении проводимости и запирании, а также остановка действия до восстановления запертых состояний могут осуществляться только тогда, когда инвертор с целью запирания по меньшей мере одного тиристора 11 или 12 управляемых плеч 5 и 6 моста путем принудительной коммутации снабжен блоком 23 принудительной коммутации, независимым от запирания тиэистора 11 или 12. !

Конденсатор 40 (фиг. 4) узла 38 коммутации, входящего в состав блока 23 принудительной коммутации, потребляет необхоДимую для процесса принудительной коммутации энергию через трансформатор 35, а именно в средних выходных точках 4, посредством отпирания соответствующего полярности вспомогательного тиристора

41 ипи 42. Конденсатор 40 передает необходимую для запирания путем принудительной коммутации энергию при помощи отпирания соответствующего вспомогательного тиристора 41 или 42 определяемым состоящим из конденсатора 40 и последовательно включенного дросселя 39 колебательным контуром способом через трансформатор .35. "рецние точки 4 назад к плечам

1245267 моста, вследствие чего запирается проводящий тиристор ll или 12. Во время этого процесса определяемым колебательным контуром способом ме5 няется полярность напряжения конденсатора 40, и потеря энергии возмещается трансформатором 35 в ходе отпирания соответствующего тиристора

11 и 12. Предпосылка этого заклю- 10 чается в том, что вспомагательные тиристоры 41 и 42 должны получать длящийся в течение полупериода сигнал отпирания, соответствующий функциональной частоте инвертора.

Для этого блок 18 управления снабжен выходами 24 и 25, выдающими в полупериодах отдельно для каждой фазы изменяющую уровень сигнала, действующую по отношению друг к дру- 20

ry в противофазе команду запирания.

Предлагаемая схема инвертора обеспечивает синхронную работу -блока 13 контроля закрытого состояния тиристоров и блока 23 принудитель- 25 ной коммутации, так как в момент начала принудительной коммутации генератор 19 тактовых импульсов через один выходной зажим 20 и вход 30 элемента 26 совпадения отменяет сигнал выхода 33 блока 13 контроля закрытого состояния тиристоров и допускает выдачу нового командного сигнала только тогда, когда блок 13 контроля закрытого состояния тиристоров регистрирует запертое в направлении проводимости состояние управляемых плеч 5 и 6 моста. Блок 23 принудительной коммутации трансформированно отделяется от входа постоянного . 40 напряжения, благодаря чему рабочее напряжение элементов узла 38 коммутации вследствие трансформированной передачи может выбираться самым удоб-, ным с технической и экономической, точки зрения образом.

Предлагаемое выполнение блока 23 принудительной коммутации дает возможность упрощения соединения между инвертором и нагрузкой. Узел 38 ком50 мутации блока 23 принудительной коммутации и нагрузка 44 могут параллельно соединяться с вторичной обмоткой 37 трансформатора 35, вследствие чего, трансформатор 35 может выполнять двойную задачу. Это преимущество может использоваться также в том случае, если узел коммутации 38 должен гальванически отделяться от нагрузки 44 с переменным напряжением.

По этой причине трансформатор 35 (фиг. 5) снабжен дополнительной вто ричной обмоткой 43, причем узел коммутации 38 соединен с вторичной обмоткой 37, а нагрузка 44 — с дополнительной вторичной обмоткой 43.

Если в инверторе второй полумост содержит в каждом плече один конденсатор, в него вводится блок 47 контроля отклонения уровня напряжения (фиг. -7) который выполнен таким образом, что при отклонении напряжения от существующего на входах 48 и 49 уровня напряжения в любом направлении — будь это повышение или паде" ние — функционирует как блок, изменяющий на выходе 50 логический уровень сигнала и посредством сигнала с выхода 50 выдает. команду запрета отпирания тиристоров )1 и 12, имеющихся в плечах 5 и 6 первого полумоста

Запрещающая отпирание команда выхода 50 может непосредственно запрещать отпирание тиристоров 11 и 12 через блок 13 контроля закрытого состояния тиристоров или через блок

18 управления. Если запирание тиристора 12 или 11 управляемого плеча 5 и 6 моста или прерывание проводимости посредством принудительной коммутации остается безуспешным, или один из тиристоров ll и 12 теряет способность к запиранию в направлении проводимости, то блок 13 контроля закрытого состояния тиристоров запреща-. ет отпирание тиристора ll или 12, принимающего запирающее напряжение плеча 5 или 6. Конденсаторы 45 и 46 через остающийся в проводящем состоянии тиристор 11 или 12 деактивируют формирующееся по отношению к входу постоянного напряжения запирающее напряжение. Если эта ошибка вытекает из безуспешного запирания при помощи принудительной коммутации, то прекращается проводимость.остающегося в. проводящем состоянии тиристора 11 или 12, как только ток падает ниже значения удерживаемого тока.

Тиристор 11 или 12 принимает запирающее напряжение в направлении проводимости, вследствие чего блок 13 контроля закрытого состояния тиристоров опять начинает работать; Ест

1245267 напряжение входа постоянного напряжения повышается, то блок 47 контроля отклонения уровня напряжения прекращает работу таким образом, что не допускается отпирания тиристоров 11 и 12. Последние попадают в запертое состояние в направлении проводимости, так как блок 23 принудительной коммутации прекращает проводимость проводящего в данный момент тиристора ll или 12. В этом случае последовательно включенные, запертые тиристоры 11 и !2 принимают повышенное постоянное напряжение входа постоянного напряжения, что влечет за собой значительно более высокий допуск напряжения инвертора с мостовой схемой по сравнению с его эксплуатационной функцией, формулаизобретения

1. Инвертор для преобразования постоянного напряжения в одно- или многофазное переменное напряжение с защитой, выполненный по мостовой схеме, содержащий по крайней мере один первый и другой второй полумосты, каждый из которых включен между выводами для подключения ис. точника постоянного напряжения, снабжен средним выходным выводом и

Включает в себя последовательно соединенные плечи, которые снабжены начальными и концевыми полюсными зажимами, а по крайней мере один первый полумост содержит в каждом плече один тиристор, блок контроля закрытого состояния тиристоров, включающий в себя датчики состояния тиристоров, входные выводы каждого из которых подключены к начальному и концевому полюсным зажимамкаждого из двух последовательно включенных плеч по крайней мере первого полумоста, блок управления, включающий в себя генератор тактовых импульсов, имеющий выходные зажимы по числу фаз, регулятор тока и узел формирования импульсов управления тиристорами, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и упрощения устройства, в него введен блок принудительной коммутации, перВым и вторым входом подключенный к первому и второму выходам блока управления, а выходом — к средним выходным выводам полумостов, при этом блок контроля закрытого состояния тиристоров снабжен элементом совпадения, первый вход которого подключен к выходу датчиков состояния тиристоров, второй вход подключен к выходу генератора тактовых импульсов, третий вход подключен к выходу

1О регулятора тока, вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, а выход элемента совпадения подключен к входу узла формирования импульсов управления тиристо-!

5 рами.

2. Инвертор по п. I, о т л и— ч а ю шийся тем, что дополнительно каждое из двух последовательно соединенных плеч первого полумос20 та содержит несколько тиристоров, включенных последовательно, блок контроля закрытого состояния тиристоров снабжен соответствующим количеством датчиков состояния тиристоров, вход каждого из которых подключен параллельнс соответствующему тиристору, а выходы — к соответствующим дополнительно введенным входам элемента совпадения.

30 3. Инвертор по пп. 1, 2, О т л ич а ю шийся тем, что блок принудительной коммутации содержит трансформатор, включающий в себя первичную обмотку и по крайней мере одну вторичную обмотку, первичная

1 обмотка которого включена между средними выходными выводами первого и второго полумостов, а вторичная обмотка соединена с узлом коммутации, щ состоящим из последовательно соединенных дросселя, конденсатора и встречно-параллельно включенных вспомогатальных тиристоров, управляющие электроды которых использованы в качестве входов блока принудительной коммутации.

4. Инвертор по пп. 1-3, о т л и— ч а ю шийся тем, что выводы узла коммутации подключены к вторичной обмотке трансформатора блока принудительной коммутации и использованы в качестве дополнительных выходных

ВЫВОДОВ.

5. Инвертор по пп. 1-4, о т л и ч а ю шийся тем, что трансформатор блока принудительной коммутации содержит дополнительную вторичную обмотку, причем узел коммутации

12452б7

e(соединен с вторичной обмоткой трансформатора, а выводы дополнительной вторичной обмотки использованы в качестве дополнительных выходных выводов.

6. Инвертор по пп. 1-5, о т л и— ч а ю шийся тем, что по крайней мере другой второй полумост содержит в каждом плече по крайней мере один конденсатор, кроме того в него введен блок контроля отклонения уровня напряжения от заданного, причем один вход упомянутого блока соединен с одним из выводов для подключения источника постоянного напряжения, другой вход соединен со. средним выходным выводом второго полумоста, а выход

10 соединен с первым входом блока контроля закрытого состояния тиристоров.

1?4 )267

ГВ

Г Те 6

1"Ь LT !

Г 1

Составитель О. Мещерякова

Редактор С. Лисина Техред fl. Олейник

Корректор M. щароши

Заказ 3929/60 Тираж 612

ВНИИПИ Государственного комитета CC1? по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно- полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

3Т Г

1! б — e6

Гz