Последовательный инвертор

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕО 1УБЛИН (51)5 Н 02 M 7/515

ОПИСАНИЕ И3ОБРЕТЕНИ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (46) 07. 07. 93. Бюл. l 25 (21) 3538880/07 (22) 12.01.83 (72) В.P. Депп, Х.М. Сибгатулин, .А.Б. Ээрохин и P.С. Шейкин (56) i . .Авторское свидетельство СССР

В 982511, кл. Н 02 М 7/515, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

В 1011016, кл. Н 02 М 7/515, 1980.

3. Авторское свидетельство СССР

Н 1098495, кл. Н 02 М.7/515, 1982. (54)(57) ПОСЛАН ДОВАТЕЛЬНЫЯ ИНВЕРТОР, содержащий первую и вторую ячейки, каждая из которых подключена к одному соответствующему выводу источника питания непосредственно, а к другому — через встречный диод и состоит из последовательно соединенных первого дросселя и тиристора, зашунтированных конденсатором, причем точки соединения ячеек со встречными диодами соединены между собой через группу параллельных ветвей, состоящих, каждая, иэ последовательно со« единенных второго дроссеЛя, подклюÄS0ÄÄ 1282797 А 1 ченного к первой ячейке, и зашунтированных вспомогательным тиристором, второго диода и первичной обмотки трансформатора, дополнительные цепочки, состоящие каждая иэ последова4 тельно соединенных диода и первичной обмотки другого трансформатора, зашунтированных тиристором, многофазный выпрямительный мост, подключенный встречно к выводам источника питания, причем его выводы переменного тока соединены с выходными выводами инвертора, а каждое плечо состоит из последовательно соединенных диода и 5 вторичной обмотки одного из укаэанных

° т .рансформаторов, эашунтированных конCl денсатором, а также блок широтно-импульсного управления тиристорами, отличающийся тем, что, С:: с целью упрощения эа счет уменьшения числа параллельных ветвей при одновременном увеличении мощности, последовательно с каждой иэ параллельных ветвей включена укаэанная соответствующая дополнительная цепочка.

1282797

Изобретение касается преобразования постоянного тока в переменный регулируемой частоты и амплитуды с различным числом фаэ с помощью тиристорных инверторов с последовательной 5 коммутацией и может быть использовано для регулирования скорости электродвигателей переменного тока и для систем электропитания с частотой и количеством фаз, отличным от промышЮ ленной сети.

Известен последовательный инвер-. тор (13, содержащий четыре LC-конту" ра с тиристорами, связанные через диоды с источником питания, и четыре ключевых элемента в цепи нагрузки.

Недостатками этого инвертора являются сложность устройства и невозможность регулирования выходного напряжения, кроме того, нагрузка инвертора должна быть индуктивного характера.

Известен также последовательный инвертор (2 3, содержащий первую и вторую ячейки, в каждой иэ которых к соответствующей шине питания под" клгочен конденсатор, параллельно которому включены последовательно соединенные первая катушка индуктив- ЗО ности и тиристор, к которому подключены два разнополярно включенных диода — первый диод, включенный встречно с тиристором, соединен с другой шиной питания непосредственно, второй диод включен согласно с тиристором и последовательно со второй катушкой индуктивности — трансформатор и блок широтно-импульсного управления тиристорами.. Инвертор устойчивво всем диапазоне изменения сопротивления нагрузки от бесконечности до нулевого значения; выходной параметр регулируется широтно-импульсным методом4 45

Недостатки, этого инвертора - невозможность получения переменного напряжения (тока) с частотой, ниже, чем собственная частота инвертирования; неблагоприятные габаритно-весовые показатели при исполнении на низкие рабочле частоты.

Наиболее близким к изобретению является последовательный инвертор13), который содержит первую и вторую ячейки, группу параллельных ветвей, многофазный выпрямительный мост и блок широтно-импульсного управления тирнсторами; каждая ячейка состоит, иэ конденсатора, подключенного к соответствующей шине питания, параллельно которому включены соединенные последовательно первый дроссель и тиристор, и через диод, включенный встречно с тиристором, соединена с противоположной шиной питания, а между собой ячейки соединены через группу параллельных ветвей, состоящих, каждая, из последовательно соединенных второго дросселя и зашунтированных тиристором второго диода и пер вичной обмотки трансформатора, многофазный выпр мительный мост подключен выходом встречно к шинам источ- ника питания инвертора, последовательно с каждым диодом моста включена вторичная обмотка одного из трансформаторов, к каждому диоду моста и вторичной обмотке трансформатора параллельно подключен конденсатор, а входные зажимы моста подключены к выходным зажимам инвертора.

Данный инвертор позволяет получить на его выходе переменное напряжение регулируемой частоты и амплитуды с различным числом фаз.

Недостатком указанного инвертора являются сравнительно небольшая выходная мощности и сложность конструкции, связанные с наличием большого числа параллельных ветвей разрядного контура, в каждой иэ которых . протекает лишь малая часть разрядного тока инвертора.

Цель изобретения — упрощение эа счет уменьшения числа параллельных ветвей при одновременном увеличении мощности.

Цель достигается тем, что в последовательном инверторе, содержащем первую и вторую ячейки, каждая из которых подключена к одному соответствующему выходу источника питания непосредствецно, а к другому — через обратный диод и состоит иэ последовательно соединенных первого дросселя и тиристора, зашунтированных конденсатором, причем точки соединения ячеек с обратными диодами соединены между собой через группу параллельных ветвей, состоящих, каждая. иэ последовательно соединенных второго дросселя, подключенного к первой ячейке, и эашунтированных вспомогательным тиристором второго диоца и первичной обмотки трансформатора, дополнительные цепочки, rîñòoëùèå, каждая, иэ

1282797 последовательно соединенных диода и первичной обмотки другого трансформатора, зашунтированных тиристором,многофазный выпрямительный иост, подключенный встречно к выводам источни- 5 ка питания, причем его выводы переменного тока соединены с выходными выводами, а каждое плечо состоит из последовательно соединенных диода и вторичной . обмотки одного из укаэанных трансформаторов, зашунтированных конденсатором, а также блок широтноимпульсного управления тиристорами, последовательно с каждой из параллельных ветвей включена указанная cof5 ответствующая дополнительная цепочка.

Таким образом, благодаря тому,, что в каждой параллельной ветви первичные обмотки трансформаторов совместно со вторыми диодами и тиристорами соединены попарно-последовательно, и один зажим каждой ветви подключен ко второй катушке индуктивности, ! соединенной с первичной ячейкой, а второй зажим каждой ветви — ко второй ячейке, ток в каждой параллельной.ветви и соответственно в каждой первичной обмотке трансформатора увеличивается вдвое, что приводит к увеличению выходной мощности устройства вдвое, при этом устройство значительно упрощается, так как число параллельных ветвей уменьшилось вдвое, На фиг. 1 изображена схема трехфазного последовательного инвертора; на фиг. 2 — схема однофазного последовательного инвертора;на фиг. 3 а, б, в, r, д, е — диаграммы напряжений и токов в различных точках схемы ин- 4 вертора; на фиг. 4 а, б, в — диаграммы токов i и напряжений U в различных точках схемы многофазного выпрямительного моста.

Последовательный инвертор содер- 45 жит ячейки 1 и 2, каждая из которых

/ состоит из конденсатора 3, подключенного соответственно к положительному 4 и отрицательному 5 выводам источника питания, параллельно которому включены соединенные последоваФ 50 тельно первый дроссель 6 и тиристор 7 ч ,и через встречные диоды 8, 9 соединены с соответствующим выводом источника, между собой ячейки 1 и 2 соединены через три параллельные ветви 10, 11, 12, состоящие, каждая, из последовательно соединенных второго дросселя 13 и зашунтированных вспомогательными тиристорами 14 и

15 вторых диодов 16 и 17 и первичных обмоток 18-22, 23 трансформаторов; многофазный вынрямительный мост 24, подключенных выходом встречно к выводам 4 и 5 источника питания инвертора, каждое плечо моста содержит вторичную обмотку 25, 26, 27, 28, 29 или 30, включенную последовательно с каждым диодом 31, 32, 33, 34, 35 или

36 моста 24, к каждому диоду 31-36 моста и вторичной обмотке 25-30 трансформатора параллельно подключен конденсатор 37, 38, 39, 40, 41 илн 42, а выводы переменного тока 43, 44, 45 моста подключены к выходным выво дам 46, 47, 48 инвертора; и блок 49 широтно-импульсного управления тиристорами 7, 14, 15. Буквами а-m показано соединение первичных обмоток 1823 с цепями параллельных ветвей 10, 11, 12.

Инвертор работает следующим образом.

Перед пуском инвертора конденсаторы 3 в ячейках l и 2 заряжены от источника питания до напряжения на его выводах, например, за счет токов утечки диодов 8 и 9 (если эти токи много больше токов утечки тиристоров 7 в ячейках 1 и 2). Конденсаторы 37-42 заряжены до напряжения, равного половине напряжения источника. Напряжения на выходных выводах 46, 47, 48 инвертора равны нулю, В момент времени й, (фиг. З.а,б) импульсами запуска, поступающими из блока 49 управления (фиг. 1) одновременно включаются тиристоры 7 в ячейках 1 и 2 и происходит перезаряд конденсаторов 3 через тирнсторы 7 и дроссели 6. Колебательные контуры, образованные указанными конденсаторами 3 и дросселями 6, имеют высокую добротность и собственную частоту, в несколько раз большую рабочей час-, тоты инвертора, поэтому к концу первого полупериода перезаряда (момент времени на фиг, За) конденсаторы 3 оказываются заряжены до первоначальной величины напряжения, но противоположного знака. За отрезок времени с,- t9 — t1 в контурах инвертора (фиг. 1) протекает импульс тока синусоидальной формы, показанной на фиг. 3 в, r. В момент времени (фиг. За) ток в контурах спадает до нуля, тиристоры 7 (фиг. 1) выключают1282797 ся, и начинается обратный перезаряд конденсаторов 3 по цепи источник пи,тания, конденсатор 3 ячейки 1, парал- » лельные ветви 10, 11, 12 (вторые дроссели !3, диоды 16 и 17, первич- 5 ные обмотки 19-24 трансформаторов), конденсатор 3 ячейки 2 — синусбидальным импульсом тока (фиг. 3 r, д) длительностью I t — t (фиг, За) причем в зависимости от текущей фазы выходного напряжения инвертора один из тиристоров 14 или 15 (фиг. 1) .в каждой параллельной ветви 10,. 11, 12 включаются импульсами, поступающими из блока 49 управления в момент времени tz (фиг. За), шунтируя соответствующие иэ первичных обмоток 18-23 трансформаторов.. Импульсы включения на оставшиеся невключенными тиристоры 15 или 14 параллельных ветвей 10, 11, 12 вццаются блоком 49 управления с задержкой относительно момента вре- мейи tz (фиг. За) в момент времени (фиг. 3e); при этом указанные тиристоры 15 или 14 шунтируют соответ25 ствующие из первичных обмоток 18-23 трансформаторов, так что ток в по. следних протекает только в течение промежутка времени (фиг. Зе). Изменением длительности г от 7 = О до = осуществляется широтно-импульсное регулирование токов в первичных обмотках 18-23 (фиг. !) и соответстьенно.во вторичных обмотках 25-30 трансформато- 35 ров.

Поскольку тиристоры 14 и 15 управляются независимо друг от друга, изменением длительности t про- 40 текания тока в обмотках отдельных трансформаторов вызывается разбаланс нзпряжений на конденсаторах 3442, Например, если в вети 9 тиристор 14, а в ветви 10 тиристор !5 будут включены раньше соответствующих тиристоров 15 и 14, то в первичных обмотках 19 и 22 ток будет отсутствовать, и напряжение на конденсаторах 38 и 39 увеличится, à «а конденсаторах 3> и 40 — уменьшится. При этом между выходными выводами 46, 47 и 48 инвертора появляются напряжения, величину и закон изменения которых можно регулировать изменением момента включения каждого из тиристоров 14 и 15 отдельно.

В момент времени Т (фиг. 3. а) напряжение на конденсаторах 3 (фиг.1) и на тиристорах 7 становится равным нулю. В течение промежутка времени (фиг. 36) K тиристорам 7 приложено обратное напряжение, это— время, представляемое для восстановления запирающих свойств тиристоров 7, Затем конденсаторы 3 начинают заряжаться напряжением первоначальной полярности. К моменту, когда напряжение на конденсаторах 3 достигает величины напряжения источника питания, во вторых дросселях 13 входящих в параллельные ветви 10, 11, 12, еще имеется некоторая избыточная реактивная энергия, которая возвращается в источник питания по цепи дроссели 13, тиристоры 14 или 15 (либо диоды 16 или !7 и первичные обмотки 18-23 трансформаторов) диоды 8 и 9. В момент времени и (фиг. За) токи в цепях инвертора прекращаются и схема возвращается в исходное состояние.На фиг ° 4 а, б в представлены диаграммы токов во вторичных обмотках 25 и 28, находящихся в накрест лежащих плечах моста 18, и выходное напряжение (фиг. 4в) — между двумя иэ выходных зажимов 46 H 47 инвертора.

Работа однофазного инвертора (фиг. 2) происходит аналогично описанному вьппе. Его схема отличается только наличием всего двух трансформаторов, имеющих по одной первичной обмотке 19, 21 и по две вторичные 25, 26 или 27, 28, включенные в противолежащие плечи выпрямительного моста 24.

При большом отношении частоты инвертирования и выходной частоты устройства (как правило это отношение составляет примерно 2 порядка) ин/ вертор позволяет получить выходное синусоидальное напряжение с достаточно малыми пульсациями с частотой инвертирования на выходе„ Инвертор имеет высокую надежность и долговечность; коэффициент мощности со стороны питающей сети равен KIIg равен 0,9 (при мощности инвертора 5!

5 кВт). Инвертор прост по устройству и в эксплуатации и представляет возможность раздельного регулирования частоты напряжения, фазового сдвига напряжений отдельных фаз и порядка следования фаз.

1282797

1282797

Составитель И. Жеребина

Редактор Н. Тимонина Техред Л.Сердюкова Корректор Г. Репйтник, Заказ 2831 Тирам Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Уагород, ул. Проектная, 4