Автономный инвертор тока

 

Использование: в тиристорных приводах переменного тока. Сущность изобретения: устройство содержит трехфазные мосты главных тиристоров (Т) (5-Ю) и распределительных Т ). Коммутирующие конденсаторы

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ ЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

<,,> Н 02 М 7/515

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (21) 4912589/07 (22) 21. 02. 91 (46) 23.11.92.Бюл. h" 43 (71) Центр научно-технического творчества молодежи "Прогресс" (72) Г.Н.Коваливкер, Ю,И.Иньков, А.N.Солодунов, В.В,Литовченко и Ф.И.Сеничев (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Г1 1246301, кл. Н 02 t1 7/515, 1982.

2. Авторское свидетельство СССР

У 1697233, кл, Н 02 И 7/515, 1989. (54) АВТОНОИНЫЙ ИНВЕРТОР ТОКА (57) Использование: в тиристорных приводах переменного тока. Суц!ность

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в тиристорных при-. водах переменного тока, предназначенных для питания асинхронных электродвигателей, в частности в тиристор" ных преобразователях частоты, предназначенных для питания тяговых асин-. хронных электродвигателей наземного электротранспорта.

Известен автономный инвертор тока (1), содержащий трехфазный мост главных тиристоров, выводы переменного тока которого соединены с выходными выводами, три коммутирующих конденсатора, даа коммутирующих тиристора и блок управления с распределителем импульсов.

Известный автономный инвертор тока имеет значительную массу и конст"

„„SU „, 1777220A1 изобретения: устройство содержит трехфазные мосты главных тиристоров (Т) (5-10) и распределительных Т (14-19). Коммутирующие конденсаторы (21 и 25) рассчитаны на постоянное пульсируюц!ее напряжение. Коммутирующие Т (29 и 30) выполнены двухоперационными или комбинированно-выключаемыми. Первичные обмотки (37 и 38) коммутируюц!его трансформатора соединены последовательно с разделительными диодами (45 и 46). Вторичные ,обмотки (39 и 40) соединены последо вательно с возвратными Т (43 и 44).

1 з.п.ф-лы, 2 ил.. руктивный объем коммутирующих конденсаторов вследствие недоиспользования их по частоте выводного напряжения. поскольку каждый конденсатор выключает только тиристоры, подсоединенные к одному выводу нагрузки. Установленная мощность конденсаторов существенно увеличивается из-за их перезаряда в процессе коммутации с одного знака напряжения на другой, Известен автономный инвертор тока (2g, содержащий подключенный к входным выводам через сглаживающие реакторы трехфазный мост главных тиристоров, выводы переменного тока которого соединены с выходными выводами, первую и вторую коммутирующие цепи, каждая из которых состоит из согласно-последовательно соединенных коммутирующих конденсатора.

1777220 лросселя, зарядного тиристора и ксммутирующегo диода, два перезарядных тиристора, первый из которых подсое динен анодом к коммутирующему кснi5 денсатору первой коммутирующей цепи, а второй катодом подсоединен к коммутирующему дросселю второй коммутирующей цепи, два перезарядных диоды, два разделительных диода, коммутирующий трансформатор, состоящий из двух первичных обмоток с песледовательно соединенными выключающими диодами и двух вторичных обмоток с последовательно соединенными возвратными тиристорами, фильтровой конденсатор, подсоединенный к выводам дополнительного источника питания постоянного напряжения, основной коммутирующий тиристор, подсоединенный анодом к положительному выводу Фильтрового конденсатора, блок управления, состояций из последовательно включенных задатчика частоты и распредели.теля импульсов управления, псдсоеди- 25 неннсго соответствуюцими выводами к: управляюцим входам главных, перезарядных, коммутирующих и возвратных тиристоров.

К недостаткам устройства следует отнести двухступенчатую коммутацию, связанную с предварительным перезарядом коммутирующих конденсаторов, и их значительную установленную мощность, связанную с перезарядом конденсаторов от пика до пика напряжения, что не позволяет использовать известное устройство в установках наземного электротранспорта с ограниченным конструктивным объемом.

Целью изобретения является улучшение технико-экономических показателей за счет снижения установленной мощности конденсаторов коммутирующих цепей.

Поставленная цель достигается тем, что 8 автономный инвертор тока дополнительно введен трехфазный мост распределительных тиристоров, соединенный выводами переменного тока с выводами переменного тока трехфазного моста главных тиристоров, дополнительный коммутирующий тиристор, соединенный катодом с отрицательным выводом фильтрового конденсатора, причем катоды основного коммутирующего 55 и первого перезарядного тиристоров и коммутирующего диода подключены к точке соединения анодов трехфазного распределительного тиристсрНОГО мОста а RHof .ы дОпслните!!ьн )ГО ксммутируюц|его и второго перезарядного тиристоров и коммутирующего диода подключены к точке соед нения ка— тодов трехфазного распределительного тиристорного моста, перезарядные диоды подсоединены встречно-параллельно первому и второму перезарядным тиристорам, первичные обмотки коммутирующего трансформатора с последовательно соединенными выключаюц|ими диодами включены соответствующими выводами между цепями управления и катодами основного и дополнительного коммутирующих тиристоров, разделительные диоды соединены катодами с анодами основного и дополнительного коммутирующих тиристоров, а анодами - с катодами соответствующих выключающих диодов, положительный вывод фильтрового конденсатора подключен к катодам двух возвратных тиристоров и к выводу дросселя первой коммутируюцей цепи, а отрицательный катод

Фильтрового конденсатора соединен с выводами вторичных обмоток коммутирующего трансформатора и с выводом конденсатора второй коммутирующей цепи, при этом в распределитель импульсов блока управления дополнительно введены шесть одновибраторов и два логических элемента ИЛИ, выходы которых. через усилительно-развязывающие элементы подключены к управляющим входам распределительных тиристоров и к управляющим входам основного и дополнительного коммутирующих тиристоров, а в качестве основного и дополнительного коммутирующих тиристоров использованы выключаемые или комбинированно-выключаемые по цепи управления тиристоры.

Ожидаемый от использования изобретения положительный эффект заключается в том, что по сравнению с устройствами (1) и (2) пульсации напря жения на фильтровом конденсаторе сос тавляют всего 5-10, вследствие чего его установленная мощность может быть меньше в 40-50 раз.

На фиг.1 представлена структура силовых цепей устройства; на фиг.2диаграмма управления устройством.

Автономный инвертор (см.фиг.1) содержит входные выводы 1 и 2 для подключения источника питания, сглаживающие реакторы 3 и 4, через кото1777220

15

20 рые к входным выводам подключен выводами постоянного тока трехфазный мост главных тиристоров 5-10, выводы переменного тока которого соединены с выходными выводами, подсоединенными к трехфазной нагрузке 11-13, трехфазный мост распределительных тиристоров 14-19, подсоединенный выводами переменного тока к выводампеременного тока трехфазного моста главных тиристоров, первую коммутирующую цепь, состоящую из последовательно включенных коммутирующих дросселя 20, конденсатора 21 зарядного тиристора 22, вторую коммутирующую цепь, состоящую из зарядного тиристора 23 коммутирующих дросселя 24 и конденсатора 25, Фильтровой конденсатор 26 с последовательно включенным реактором 27, подсоединенный своими выводами к источнику постоянного напряжения 28 и к выводам первой и второй коммутирующих цепей, основной 29 и дополнительный 30 коммути- 25 рующие тиристоры, подсоединенные к выводам Фильтрового конденсатора и к выводам постоянного тока .трехфазного распределительного тиристорного моста, два коммутирующих диода 31 и 30

32, подсоединенных между выводами

Фильтрового конденсатора и выводами постоянного тока трехфазного распре- делительного тиристорного моста, две пары встречно-параллельно включенных переэарядных тиристора и дио" да 33,34 и 35,36, подсоединенных к выводам зарядных распределительных тиристоров, коммутирующий трансформатор с двумя первичными 37 и 38 и двумя вторичными обмотками 39. и 40,, подсоединенный выводами первичных обмоток через выключающие диоды 41 и

42 к управляющим входам основного и . дополнительного коммутирующих тиристоров, а выводами вторичных обмоток - через возвратные тиристоры 43 и 44 к источнику питания постоянного напряжения (28), разделительные диоды 45 и 46, подсоединенные к выводам @> первичных обмоток коммутирующего трансформатора (37,38) к плюсовому выводу источника питания и катодам тиристоров трехфазного распределительного моста, блок управления 47, состоящий из задатчика частоты 48 ™ и распределителя импульсов 49, подсоединенный к управляющим входам тиристоров устройства ° б

Устройство согласно диаграмме импульсов управления, представленной на фиг.2 работает следующим образом.

Предположим, что в момент времени фильтровой конденсатор 26 заряжен полярностью напряжения, указанной на фиг.1, а конденсаторы 21 и 25 полярностью напряжения, указанной в скобках. Согласно диаграмме импульсов управления на интервале времени

0-1 включены тиристоры 8 и 9, и ток нагрузки замыкается по цепи: 1,3,9, 13,12,8,4,2. В момент времени 1 выключают тиристор 9 для чего подают одновременно импульсы управления на тиристоры 29 и 30, 5, 18, 15. В результате включения тиристоров конденсатор 26 разряжается по цепи: 26, 27,29,18,9,5,15,30,26, и тиристор

9 выключается. При этом к нему прикч-, ладывается обратное напряжение конденсатора 25 (плюс 26 прикладывается через тиристоры 29 и 18 к катоду тиристора 9, минус 26 прикладывается через тиристоры 30,15 и 5 к аноду тиристора 9), и он восстанавливает свои вентильные свойства.

При выключении тиристора 9 ток выключаемой фазы,.замыкается по контуру: 1,3,5,15,30,26,27,29,18,13,12, 8,4,2,1, вследствие чего конденсатор 26 разряжается. При включении тиристоров 29 и 30 конденсаторы 21 и

25 перезаряжаатся по контурам: 21, 20,29,34,21,.25,24,36, 30,25.

В результате колебательного перезаряда конденсаторы 21 и 25 перезаряжаются на противоположную полярность (знак напряжения указан без скобок).

С выдержкой времени Ф,, равной интервалу времени восстановления вентиль".. ных свойств силовых тиристоров t, включаются перезарядные тиристоры 33 и 35, вследствие чего тиристоры 29 и 30 выключаются по контурам:+21,33, 29,20,21; +25,30,35 24,25. При выключении тиристоров 29 и 30 избыточный ток переэаряда конденсаторов замыкается по контурам: 21,33,37,45,20

21 и 25,38,46,35,24,25. При этом в первичных обмотках коммутирующего трансформатора наводятся ЭДС, плюс которых прикладывается к катодам тиристоров 29 и 20,вследствие чего по цепи управления тиристоров 29 и 30 протекает отрицательный ток, способствующий выводу зарядов основных носителей из области управляющего

7 1777220

8 перехода и п-эмиттера, что способствует более быстрому восстановлению вентильных свойств тиристоров 29 и 30. При этом одновременно подаются импульсы управления на тиристоры 43, 44 вследствие чего во вторичных обмотках коммутирующего трансформатора наводится ЭДС, ток которой замыкается по контурам: 39,43,27,26,39; 40,44, 27,26.

Коэффициент трансформации коммутирующего трансформатора К между пер" вичными и вторичными обмотками выбирается таким оЬразом, что к цепи управления тиристоров 29 и 30 прикла- дывается обратное напряжение, не . превышающее допустимое обратное напряжение цепи управления для комбини рованно включаемых и двухоперационных тиристоров.

Обмотки коммутирующего трансформатора расположены таким образом, что сердечник трансформатора перемагничивается перед каждой очередной коммутацией. При выключении тиристоров 29 и 30 ток на грузки выключаемой Фазы замыкается по цепи: 1,3,5, 15,32,27,26,31,18,13,12,8,4,2,1, вследствие чего энергия выключаемой фазы закачивается в фильтровой конденсатор.

По мере спада тока нагрузки в выключаемой фазе нарастает ток нагрузки в фазе 11 по цепи 1,3,5,11, 12,8,4,2. По окончании процессов в . контуре коммутации одновременно включаются тиристоры 22 и 23, вследствие чего осуществляется подзаряд конденсаторов 21 и 25 по цепи: 26,27,23,24, 25,26; 26,27,20,21,22,26.

Поскольку половину полупериода протекания тока нагрузки выключаемой

Фазы через конденсатор 26 он разряжается, а другую половину полупериода дозаряжается, то независимо от тока нагрузки напряжение на Фильтровом конденсаторе остается неизменным.

8 момент времени 2 выключают тиристор 8 включением очередного главно го тиристора 10 распределительных тиристоров 17 и 18 и коммутирующих тиристоров 29 и 30, При этом конденсатор 26 разряжается по цепи: 26,27, 29,18,10,8,17,30,26. В результате тиристор 8 выключается и ток нагрузки выключаемой фазы 12 замыкается по цепи: 1,3,5,11,12,17,30,26,27,29,18

10,4,2,1. При этом конденсатор 26

1. Автономный инвертор тока, содержащий подключенный к входным выводам через сглаживающие реакторы трехфазный мост главных тиристоров, выводы переменного тока которого соединены с выходными выводами, первую и вторую коммутирующие цепи, каждая из которых состоит из согласно последовательно соединенных коммутирующих конденсатора, дросселя, зарядного тиристора и коммутирующего диода, 50 два перезарядных тиристора, первый из которых подсоединен анодом к коммутирующему конденсатору первой коммутирующей цепи, а второй катодом подсоединен к коммутирующему дроссе55 лю второй коммутирующей цепи, два перезарядных диода, два разделительных диода, коммутирующий трансформатор, состоящий из двух первичных оЬмоток

35 разряжается и теряет часть своей энергии. Со сдвигом включаются тиристоры 33 и 30, вследствие чего тиристоры 29 и 30 выключаются, при этом ток нагрузки замыкается по цепи:

1, 3, 5, 11, 12, 17, 32, 27.26,31, 18, 1О, 4, 2,1, 8 результате конденсатор заряжается током нагрузки и напряжение на его выводах возрастает, вследствие чего ток нагрузки в фазе 12 спадает, а в фазе 13 нарастает по цепи: 1,3, 5,11,13,10,4,2, 1. В моменты времени

3-8 электромагнитные процессы повторяются.

Напряжение на конденсаторе 26 остается постоянным, и величина его пульсаций составляет 5-10О, вследствие чего установленная мощность Фильтрового конденсатора получается в несколько раз меньше, чем коммутирующего.

При подключении обмотки коммутирующего трансформатора параллельно цепи управляющего электрода комму« тирующих тиристоров облегчаются процессы их выключения и снижаются ком-, мутационные перенапряжения. Установленная мощность конденсаторов 21 и .

25 мала по сравнению с коммутирующими конденсаторами в устройствах Pl) и f2), вследствие чего суммарная установленная мощность конденсаторов в устройстве снижается и улучшаются технико-экономические показатели.

Формула изобретения

9 177722 с последовательно соединенными выклю-.. чающими диодами и двух вторичных обмоток с последовательно соединенными возвратными тиристорами, фильтровои конденсатор, подсоединенный к выводам дополнительного источника питания постоянного напряжения, основной коммутирующий тиристор, подсоединенный анодом к положительному выводу фильт- 1п рового .конденсатора, блок управления, состоящий из последовательно включенных задатчика частоты и распределителя импульсов управления, подсоединенного соответствующими выводами к 15 управляющим входам главных, переза.рядных, коммутирующих и возвратных тиристоров, отличающийся, тем, что, с целью улучшения технико-экономических показателей за счет 20 снижения установленной мощности конденсаторов коммутирующих цепей, до- . полнительно введен трехфазный мост распределительных тиристоров, соеди» ненный выводами переменного тока с выводами переменного тока трехфазного моста главных тиристоров, дополнительный коммутирующий тиристор, соединенный катодом с отрицательным выводом фильтрового кон- Я) денсатора, причем катоды основного коммутирующего и первого перезарядно. го тиристоров и коммутирующего диода подключены к точке соединения анодов трехфазного распределительного тирис торного моста, а аноды дополнительного коммутирующего и второго пере- 1 зарядного тиристоров и коммутирующего диода подключены к точке соединения ,катодов трехфазного распределительно- . 40

О 10 го тиристора моста, перезаряпные лиоды подсоединены встре,но параллельно первому и второму перезаряднь,м тиристорам, первичные обмотки коммутирующего трансформатора с последовательно соединенными выключающими диодами включены соответствующими выводами между цепями управления и катодами основного и дополнительного коммутирующих тиристоров,разделительные диоды сое-. динены катодами с анодами основного и дополнительного коммутирующих тиристоров, а анодами - с катодами соответствующих выключающих диодов, положительный вывод фильтрового конденсатора подключен к катодам двух возвратных тиристоров и к выводу дросселя первой коммутирующей цепи, а отрицательный катод фильтрового конденсатора соединен с выводами вторичных обмоток коммутирующего трансформатора и с выводом конденсатора второй коммутирующей цепи, при этом в распределитель импульсов блока управления дополнительно введены шесть одновибраторов и два логических элемента ИЛИ, выходы которых через усилительно-развязывающие элементы подключены к управляющим входам распределительных тиристоров и к управляющим входам основного и дополнительного коммутирующих тиристоров

2, Инвертор по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что в качестве основного и дополнительного коммутирующих тиристоров использованы выключаемые или комбинированно выключаемые по цепи управления тиристоры.

due. 7

Х

7

1Р

Я

22

3Ю

23

1I

17

И

Ю

Составитель Г.Коваливкер

Редактор И.Кузнецова Техред И.Моргентал Корректор О.Кравцова

Заказ 412б Тираж Подписное

ВИИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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