Автономный инвертор напряжения

 

Изобретение относится к преобразовательной технике. Целью является расширение диапазона рабочих частот путем снижения продолжительности коммутационного процесса и облегчения условий переключения коммутирующего двухоперационного тиристора. Устройство содержит мосты основных 1-6 и обратных 7-12 тиристоров. Первичная обмотка 15 коммутирующего тр-ра 14 подключена к входньм выводам через коммутирующий двухоперационньй тиристор 18. Вспомогательный узел коммутации 19 с дополнительной обмоткой 23 тр-ра 14 подключен к тиристору 18. Использованная в инверторе последовательная кокмутация основных тиристоров обеспечивает быстрое их отключение, а также жесткость выходной и линейность регулировочных характеристик . 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИ4ЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

»511 4 Н 02 И 7/515

ОПИСАНИЕ ИЗСБРЕ ЦЦД

Н ABTGPCHOMY СВИДЕ ГЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (61) 936306 (21) 4264790/24-07 (22) 19.06.87 (46) 15.01.89. Бюл. Р 2 (71) Иосковский энергетический институт (72) О.Г.Булатов (SU), Петр Пышак (РТ.), С.В.Одынь и Д.С.Труфанов (SU) (53) 621.314.572 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 936306, кл. H 02 И 7/515, 1980. (54) АВТОНОИНЫЙ ИНВЕРТОР НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике. Целью является расширение диапазона рабочих частот путем снижения продолжительности ком.

„.SU» 1451823 А 2 мутационного процесса и облегчения условий переключения коммутирующего двухоперационного тиристора. Устройство содержит мосты основных 1-6 и обратных 7-12 тиристоров. Первичная обмотка 15 коммутирующего тр-ра 14 подключена к входным выводам через коммутирующий двухоперационный тиристор 18. Вспомогательный узел коммутации 19 с дополнительной обмоткой 23 тр-ра 14 подключен к тиристору 18. Использованная в инверторе последовательная коммутация основных тиристоров обеспечивает быстрое их отключение, а также жесткость выходной и линейность регулировочных характеристик. 2 ил.

1451823

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в схемах тиристорных инверторов напряжения с однофазной и трехфазной на5 грузками.

Целью изобретения является расширение диапазона рабочих частот путем снижения продолжительности коммутационного процесса и облегчения 10 условий переключения коммутирующего двухоперационного тиристора.

На фиг.1 представлена принципиальная схема инвертора в трехфазном мостовом варианте исполнения; на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие работу инвертора на интервале коммутации; где iä — ток соответствуняцего тиристора.

Трехфазный мостовой инвертор с 20 основными 1-6 и обратными 7-12 вентилями (тиристорами) работает на нагрузку 13 и содержит коммутирующий трансформатор 14, имеющий основные (силовые) первичную 15 и вторичную 25

16 обмотки, подключенные одноименными концами к положительному входному выводу. Второй конец первичной обмотки подключен к положительному выводу коммутирующего блока 17, ко- 30 торый состоит из коммутирующего двухоперационного тиристора 18, к которому (своим положительным выводом— к аноду, а отрицательным — к катоду) подключен вспомогательный узел

19 коммутации. Этот узел содержит

35 зарядный 20, обратный 21 и разрядный 22 однооперационные тиристоры, дополнительную обмотку 23 коммутиРующего тРансфоРматоРа 14 и демпфи- 40 рующий конденсатор 24. Второй конец вторичной обмотки шунтирован диодом 25.

Инвертор работает, следующим образомм. 45

Пусть в начальный момент времени t открыты основные тиристоры

1, 3, 5, а конденсатор 24 заряжен посредством предварительного включения зарядного тиристора 20 до напряжения П Е(, где Ed — напряжение источника с полярностью, показанной на фиг. 1. Предположим, что в момент времени t начинают производить коммутацию тиристора 1 для чего одно»

55 временно подают импульсы управления на тиристоры 22, 10 (фиг.2). В контуре 24 — 23 — 22 - 24 начинает

3 протекать ток ър,,» разряжающий конденсатоР 24 (фиг 2» Ц вЂ” напряжение 4 на конденсаторе 24), к дополнительной обмотке 23 трансформатора 14 прикладывается напряжение U во

Со» вторичной обмотке 16 трансформатора при этом наводится ЭДС U

1» (6 где W — количество витков

Wf3 соответствующей обмотки. Если U W / со (6

/У ? Е(», то тиристор 10 оказывается под прямым напряжением (U — Е()

W((-, 1 и и отпирается. По контуру 10 — 1

16 — Ес — 10 начинает протекать нарастающий ток io,.являющийся рю встречным по отношению к току i, 1 тиристора 1. В момент времени при др, =i тиристор 1 обесточивается, а затем по мере дальнейшего нарастания тока i результирующий ток (о в запираемом тиристоре др изменяет

1 направление на обратное и в момент

t> достигает своего максимального обратного значения. После момента на тиристоре появляется обратное анодное напряжение U (фиг. 2, ОБ(. где Бр„- прямое напряжение на тиристоре . Для быстрого выключения тиристора необходима большая началь- . ная амплитуда напряжения Uä котоО6Р рая обеспечивает активныи вывод избыточных носителей заряда иэ и-базы тиристора вблизи его анодного р — пперехода и таким путем обеспечивает малое время выключения тиристора.

Такая повышенная амплитуда напряжения Ug в инверторе создается путем выбора соотношения числа витков

И(/W > в пределах 2-3. При спаде к нулю обратного анодного тока в запираемом тиристоре (момент t4 на фиг.2в) происходит полное восстановление непроводящих свойств анодного р — и-перехода тиристора 1, после чего скорость выключения тиристора перестает зависеть от зна-, чения напряжения Бр и полностью

О6 определяется скоростьЬ рекомбинации оставшихся избыточных носителей в п-базе, т.е. после момента t< на тиристоре 1 достаточно поддерживать лишь небольшое обратное анодное напряжение. Как видно иэ фиг.2г,форма импульса напряжения U на тиО Б» ристоре 1 в инверторе близка к оптимальной. Это позволяет обеспечить быстрое выключение тиристора 1 и, следовательно, ускоренное протека3 145 ние коммутационного процесса при сравнительно малом отношении И, /W (в пределах 1, 1-1, 3), т.е. при улучшенных массогабаритных показателях трансформатора 14. Следует отметить, что масса меди его дополнительной обмотки 23, вынесенной из цепи протекания тока нагрузки, составляет лишь 6-8Х массы обмотки 16.

Поскольку после момента t, когда

«д = О, ток нагрузки полностью переключается на тиристор 10, дополнительньй разряд конденсатора 24 оказывается затруднен. Для экономичного сброса энергии из конденсатора в интервале (t4, tz) производят включение обратного тиристора

21. Если выбрано соотношение числа витков W /Ы . =2,5 и У, /М, =1,1, М э /1 г 2,3. Напряжение Уф г =Пег г47 трансформируясь на обмотку 15, оказывается больше питающего напряжения Е>, т.е, результирующее напряжение на тиристоре 21 оказывается прямым и он отпирается, после чего по контуру 15 — Š— 21 — 15 осуществляется рекуперация энергии из конденсатора 24 в источник питания инвертора, которая заканчивается обесточиванием тиристоров 21 и 22 в момент t (фиг.2) при разряде конденсатора 24 до напряжения с

Бс () =Ед (багз/(4, =Е /»3

После момента t для поддержания на тиристоре 1 напряжения U> нужOSP но отпирать коммутирующий двухоперационный тиристор 18. Однако для упрощения алгоритма управления отпирающий импульс управления на тиристор 18 можно подать одновременно с отпирающим импульсом управления на обратный тиристор 21, поскольку до окончания рассмотренного процесса рекуперации (т.е. до момента t ) двухоперационный тирис5 тор 18 находится под обратным напряжением и не может выключиться. Важно отметить, что предварительное (до момента t ) накопление избыточных носителей заряда — в р-базе током управления на интервале рекуперации (4; t ) облегчает условия включения двухоперационного тиристора, так как обеспечивает увеличение об- ласти начального включения, т.е. более равномерное включение тиристора

1823

Как следует из описания работы устройства, его достоинства состоят в том,что введение в коммутирующий блок 17 вспомогательного узла 19 решает сразу несколько проблем: форма импульса обратного анодного напряжения на запираемом основном тиристоре близка к оптимальной, что ускоряет протекание коммутационного процесса при одновременном улучшении массогабаритных показателей коммутирующего трансформатора; улучшаются условия выключения коммутирующего двухоперационного тиристора 18, ибо наличие конденсатора 24 обеспечивает разнесение во времени процессов спада анодного тока и нарастания напряжения на приборе; улучшаются условия выключения того же двухоперационного тиристора за счет предварительного накопления избыточных носителей в ба40

55 по всей площади его полупроводниковой пластины.

После включения двухоперационного тиристора 18 в обмотке 16 наводится напряжение U E W<

= E (W,6 /W, -1) 0,1Å . Такое состояние сохраняется до момента t, который выбирается из условия, что интервал времени (t>, tz) больше, чем приборное время вйключения основного тиристора 1. В момент t< подают, запирающий импульс управления на коммутирующий двухоперационный тиристор 18 и отпирающий импульс на зарядный тиристор 20. Тиристор 18 начинает выключаться по управляющему электроду, и как только на нем начинает возрастать прямое напряжение, анодный ток тиристора 18 через включающийся зарядный тиристор 20 переводится в контур 15 — 20 - 24 — Е1 — 15, заряжая конденсатор и облегчая условия выключения коммутирующего тиристора 18. Так как конденсатор воспринимает на себя часть энергии, накопленной в обмотке 15, конечное напряжение на нем U < больше Е 1, причем в установившемся режиме работы инвертора Б =Б . Процесс заряда происходит до момента t» пока ток через зарядный тиристор 20 не упадет ниже тока его удержания, после чего он выключается. На этом этап коммутации заканчивается.

1451823

20

Фи.t

ВНИИПИ- Заказ 7088/53 Тираж 645 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 зе тиристора на интервале рекуперации.

Важно то, что при использовании в качестве основных вентилей 1-6 комбинированно выключаемых или арсенидгаллиевых тиристоров, время выключения которых составляет всего несколько микросекунд, двухоперационный тиристор 18 можно исключить из состава коммутирующего блока 17, поскольку, как видно из фиг.2г и описания коммутационных процессов, в случае полного выключения запираемого основного тиристора до момента t включение двухоперационного тиристора 18 становится необязательным.

При отсутствии тиристора 18 конденсатор 24 перестает выполнять демпфирующую функцию, сохраняя лишь коммутирующую.

Формула изобретения

Автономный инвертор напряжения по авт. св. Ф 936306, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения диапазона рабочих частот путем снижения продолжительности коммутационного процесса и облегчения условий переключения коммутирующего двухоперационного тиристора, он снабжен вспомогательным узлом коммутации, отрицательный вывод которого подключен к катоду двухоперационного тиристора, а положительный — к его аноду и образован согласно-последовательно соединенными обратным и зарядным тиристорами, причем катод последнего соединен с дополнительной обмоткой коммутирующего трансформатора и через демпфирующий конденсатор с катодом разрядного тиристора и анодом обратного тиристора, соединенным с отрицательным выводом узла коммутации, причем анод разрядного тиристора подключен к свободному выводу дополнительной обмотки коммутирующего трансформатора.