Самоуправляемый автономный инвертор напряжения

 

Использование: системы электропитания . Сущность изобретения: устройство содержит вентильный мост на тиристорах 1-J и диодах 5-8, подключенные к диагонали переменного тока конденсатор 9 и реактор 10, образующие коммутирующую LC-цепь. Конденсатор 11 и резистор 12, образующие демпфирующую RC-цепь, и выходной трансформатор 13 включены также в диагональ переменного тока моста. На входе моста подключены конденсатор фильтра и реактор 15. В состав блока управления входят формирователи импульсов, связанные через трансформаторы тока с силовой частью инвертора . Устройство обеспечивает преобразование постоянного напряжения в переменное прямоугольной формы без паузы, что обеспечивает увеличение КПД и снижение установленной мощности оборудования. 3 ил. Ј

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (у) Н 02 M 7/521

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (21) 4809582/07 (22) 29.01.90 (46) 23. 11.92. Бюл, N 43 (71) Уральское отделение Всесоюзного научно-исследовательского института железнодородного транспорта (72) Л.Г.Кощеев (56) 1. Авторское свидетельство СССР и 172394, кл. Н 02 М 7/48, 1965.

2. Авторское свидетельство СССР

К 143888, кл. Н 02 М 7/48, 1962.

3. Кощеев Л.Г. и Харитонова Е.И.

Электромагнитные процессы в тиристорном преобразователе постоянного напряжения в постоянное с промежуточным звеном повышенной частоты.- Электри" чество. 1989, Г 5, с.30-37.

4. Авторское свидетельство CCCP

И 233073, кл. H 02 M 7/48, 1966. (54) САМОУПРАВЛЯЕМЫЙ АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТ0Р НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к области электротехники, в частности к силовым вентильным преобразователям.

Широко известны автономные инверторы напряжения, управляемые вентили которых отпираются импульсами тока, формируемыми блоком управления с частотой, в 2 раза меньшей частоты собственных колебаний контура коммуникации (1-3 ).

Недостатком таких инверторов является зависимость напряжения на

„„. Ж„„1777221 Al (57) Использование: системы электропитания. Сущность изобретения: устройство содержит вентильный мост на тиристорах 1-4 и диодах 5-8, подключенные к диагонали переменного тока конденсатор 9 и реактор 10, образующие коммутирующую IC-цепь. Конденсатор 11 и резистор 12, образующие демпфирующую RC-цепь, и выходной трансформатор 13 включены также в диагональ переменного тока моста. На входе моста подключены конденсатор фильтра 14 и реактор 15. В состав блока управления входят формирователи импульсов, связанные через транс= форматоры тока с силовой частью инвертора. Устройство обеспечивает преобразование постоянного напряжения в переменное прямоугольной формы без паузы, что обеспечивает увеличение КПД и снижение установленной мощности оборудования ° 3 ил. выходе от нагрузки, обусловленная уменьшением длительности импульса на выходе инвертора, а в случае его работы на управляемый выпрямитель с

П:-фильтром - уменьшение нагрузочной способности за счет уменьшения амплитуды импульса тока контура ком-мутации с увеличением паузы проводимости вентилей инвертора ° Это, в свою очередь, обуславливает увеличение установленной мощности контура коммутации, потерь электроэнергии в

1777221 режиме холостого хода и снижение

КПД.

Проявление указанных недостатков сокращено в автономном инверторе (4), содержащем вентильный мост, каждое плечо которого состоит из тиристора и диода, соединенных встречно-параллельно, коммутирующую LC-цепь, демпфирующую РС-цепочку и выходной транс-,О форматор, выполненный с дополнитель-. ной обмоткой, подключенные к диагона-ли переменного тока, конденсатор фильтра, подключенный к диагонали постоянного тока, блок управления, включающий первый и второй формирователи импульсов с трансформаторами управления, кроме этого он содержит конденсатор, зашунтированный двумя встречно-параллельно включенными цепочками, содержащими каждая последовательно соединенные дикистор, диод и первичную обмотку импульсного трансформатора, вторичные обмотки которого подключены к управляющим вы- 25 водам диагональных тиристоров инвертора, подключенный к дополнительной обмотке указанного выходного трансформатора через резистор. Благодаря этому обеспечивается формирование 3() импульсов тока с заданной задержкой по отношению к моменту окончания импульсов напряжения на выходе инверт ра. В результате этого ограничив,1ется зависимость напряжения на выходе от нагрузки. Однако наличие задержки формирования импульсов тока задающим генератором сохраняет зависимость напряжения на выходе инвертора от нагрузки и обуславливает уве 4р личение установленной мощности, контура коммутации и потерь энергии в режиме холостого хода.

Кроме этого величина задержки импульсов тока зависит от напряжения питания, что обуславливает дополнительное уменьшение эффективного значения выходного напряжения.

Целью изобретения является уменьшение установленной мощности и повышение КПД инвертора.

С указанной целью самоуправляемый автономный инвертор напряжения, содержащий вентильный мост, каждое плечо которого состоит из тиристора и диода, соединенных встречно-парал: лельно, подключенные к диагонали переменного тока моста коммутирующая LC-цепь, демпфирующая RC-цепочка и первичная обмотка выходного трансформатора, выполненного с дополнительной обмоткой, а к диагонали . постоянного тока подключен конденсатор фильтра, и блок управления, состоящий из первого и второго формирователей импульсов тока с трансформаторами управления, дополнительно снабжен блоком гальванической развязки, выпрямителем и зарядным блоком, а каждый из формирователей импульсов снабжен тиристором, накопительным конденсатором и ограничительным реактором, соединенными последовательно с первичными обмотками трансформаторов управления, вторичные обмотки которых подключены к управляющим выводам диагональных тиристоров инвертора, при этом управляющие вывод тиристоров формирователей импульсов через выпрямитель соединены с выход. ными выводами блока гальванической развязки. включенного в RC-цепочку, а зарядный блок выполнен на диодах по мостовой схеме, при этом аноды диодов анодной группы соединены с катодами тиристоров формирователей импульсов и общей точкой соединения накопительных конденсаторов, а каж . дый из диодов катодной группы через ограничительный резистор подсоединен к соответствующему ограничительному реактору, выводами переменного тока зарядный блок соединен с дополнительной обмоткой выходного трансформатора.

На фиг.1 приведена принципиальная схема предлагаемого автономного инвертора, а на фиг.2 и 3 — диаграммы, иллюстрирующие его работу.

Самоуправляемый автономный инвертор напряжения содержит вентильный мост, каждое плечо которого состоит из тиристоров 1-4, диодов 5-8, конденсатор 9 и реактор 10, образующие коммутирующую LC-цепь, конденсатор

11 и резистор 12 демйфирующей RC-цепочки и выходной трансформатор 13, подключенные на выходе переменного тока моста. На входе моста подклю-. чены конденсатор фильтра 14 и реактор 15. В состав блока управления входят первый и второй формирователи импульсов, каждый из которых содержит соответственно тиристоры 16 и 17, накопительные конденсаторы 18 и 19 и ограничительные реакторы 20 и 21, соединенные последовательно с пер1777221

5 вичными обмотками трансформаторов управления 38-41.Управляющие переходы тиристоров 16 и 17 зашунтированы резисторами 22 и 23 и через резисторы 24 и 25 и выпрямитель 26

5 соединены с выходными выводами блока гальванической развязки (трансформатора тока) 27, первичная обмотка которого включена последовательно в цепь демпфирующей RC-цепочки 11 и 12.

Зарядный блок выполнен на диодах

28-31 по мостовой схеме, катоды катодной группы которого через ограничительные резисторь: 32 и 33 подсоединены соответственно к ограничительным реакторам 20 и 21 ° Выводы переменного тока зарядногоблока соединены с выводами дополнительной обмотки выход ного трансформатора 13. 20 . Управляющие выводы тиристоров 1,2 и 3,4 зашунтированы диодами 34-37 и через трансформаторы управления 3841 подключены соответственно каждойдиагональной пары последовательно в 25 цепь накопительного конденсатора и ограничительного реактора 18,20 и

19,21.

Кроме этого, в предлагаемом самоуправляемом автономном инверторе пре- 3О дусмотрено устройство пуска, содержащее тумблер 42, резисторы 43-45, конденсатор 46 и диод 47.

В исходном состоянии тиристоры 1"

4 и 16,17 находятся в запертом состо- З янии, конденсаторы 9,11 и 19 разряжены, конденсатор 14 заряжен до напряжения источника питания, а конденсаторы 18 и 46 - до напряжения стабилизации стабилитрона 48, подклю- 4О ченного к источнику питания через резистор 49.

Перевод тумблера 42 в положение

"Пуск" обуславливает замыкание цепи разряда конденсатора 46 через резистор 45, диод 47 и резисторы 22-25.

При этом формируется импульс тока (см.фиг.2), который через резис-. торы 24 и 25 поступает в цепи управляющих переходов тиристоров 16 и 17.

Поскольку в исходном состоянии. накопительный конденсатор 10 разряжен, а конденсатор 18 заряжен до положительного напряжения стабилизации стабилитрона 48, то происходит отпирание тиристора 16. При этом накопительный конденсатор 18 разряжается через ограничительный реактор 20 и первич--- ные обмотки трансформаторов управлеб ния 38 и 39. В результате этого формируется импульс тока и в цепи управляющих выводов тиристоров 1 и 2 протекает короткий импульс тока (см.фиг.3), обеспечивающий их отпирание. При этом накопительный конден-, сатор 18 перезаряжается до напряжения Б отрицательной полярности.

В результате этого коммутирующая

LC-цепь, включающая конденсатор 9 и реактор 10, демпфирующая RC-цепочка 11 и 12 и первичная обмотка выходного трансформатора 13 подключаются к конденсатору фильтра 14.

Поскольку емкость конденсатора 14 на порядок больше емкости конденсато- . ра 9, то напряжение на обмотках выходного трансформатора 13 имеет форму, близкую к прямоугольной. При положительной полярности напряжения

U на выводе дополнительной обмотки выходного трансформатора 13, обозначенном " . ", происходит заряд накопительного конденсатора 19 по контуру, образованному указанной обмоткой, диодом 30, резистором 33, ограничительным реактором 21, накопительным конденсатором 19 и диодом

31, и напряжение U>< на тиристоре

17 постепенно увеличивается. В этом интервале благодаря большой величине сопротивления резисторов 43 и 44

1 напряжение U на тиристоре 16 и накопительном конденсаторе 18 сохра— няет отрицательную полярность.

При параметрах коммутирующей

IC-цепи, обеспечивающих характеристическое сопротивление, меньшее сопротивления нагрузки,ток через вентили инвертора i (см,фиг.3) сначала протекает через тиристоры l и 2, а затем в момент t< переходит в цепь встречных диодов 5 и 6. В ин— тервале проводимости тока 1 встречV ными диодами происходит восстановление запирающей способности тиристоров 1 и 2, В момент времени tz ток „ че" рез встречные диоды 5 и 6 становится равным О. Однако они остаются включенными благодаря наличию остаточных носителей и ток в их цепи начинает протекать в обратном направлении.

Обычно для силовых диодов типа

ДЛ161, Д161 время обратного восстановления t, имеет значение

6-7 мкс. При скорости изменения то" ка через вентили, равной 10 А/мкс

1777221 максимальное значение обратного тока через встречные диоды достигает

60-70 А. В момент времени t< происходит выключение диодов 5 и 6, переход обратного тока диодов в цепь демпфирующей RC-цепочки 11 и 12 и быстрое восстановление напряжения Uy и спад напряжения на выходе инвертора.

Импульс тока i через демпфирующую RC-цепочку, протекая через входную цепь блока гальванической развязки (трансформатора тока) 27, создает импульс тока (см.фиг.2) через управляющие выводы тиристоров

16 и 17 и обеспечивает отпирание тиристора 17 благодаря наличию положительного напряжения на накопительном конденсаторе 19. В результате э то— го формируется короткий импульс тока 12 который, протекая через ограничительный реактор 21 и первичные обмотки трансформаторов, тока 41 и 40, и тиристор 17, обеспечивает перезаряд накопительного конденчатора 19 до напряжения отрицательной полярности и наводит короткий импульс i < (см. фиг.3) в цепи управляющих переходов тиристоров 3 и 4 вентильного моста.

При отпирании тиристоров 3 и 4 происходит резкое уменьшение напряжения

U,,<, изменение порярности импульса н пряжения П 1 на выходе инвертора и обмотках выходного трансформатора 13.

При этом токи нагрузки и коммутирующей IC-цепи протекают в обратном направлении. С этого момента импульс напряжения положительной полярности будет иметь место на аноде диода 28, который обеспечит заряд накопительного конденсатора 18 по контуру, содержащему дополнительную обмотку выходного трансформатора 13, диод 28, ограничительный резистор 32, ограни" чительный реактор 20, накопительный . конденсатор 18 и диод 29. В этом инI тервале времени напряжение U> на тиристоре 17 и накопительном конденса торе 19 сохраняет отрицательную полярность, что обеспечивает запертое состояние тиристора 17 и исключает появление импульсов тока в цепи управляющих выводов тиристоров 3 и 4 вентильного моста при появлении импульсов тока i в цепь управляющих выводов тиристоров 16 и 17.

При отпирании тиристоров 3,4 ток протекает по контуру, содержащему конденсатор 14, реактор 15, тиристор 3, параллельно соединенные коммутирующую LC-цепь и первичную обмотку выходного трансформатора 13, и тиристор 4. В момент времени

5 ток 1 пеРеходит в цепь встречных диодов 7 и 8. В момент времени ток i изменяет свое направление на обратное и продолжает протекать через диоды 7 и 8.

В момент времени t> происходит выключение диодов 7 и 8 и обратный ток переходит в цепь демпфирующей

15 RC-цепочки 11 и 12 и первичной обмотки трансформатора тока 27. В результате этого снова создается импульс тока i, в цепи управляющих выводов тиристоров 16.:и 17. При этом обеспечиваются условия, достаточные для отпирания тиристора 16 и Формирования импульса i и тока управления в цепи управляющих выводов тиристоров 1 и 2 вентильного моста. При

2 отпирании укаэанных тиристоров электромагнитные процессы в силовой части инвертора и формирователях импульсов протекают аналогично ранее описанным, 3р Таким образом, предлагаемый самоуправляемый инвертор напряжения обеспечивает преобразование постоянного напряжения в переменное прямо--угольной Формы без паузы, что обес35 печи вает снижение уста новленной мощности оборудования и увеличение КПД.

Формула и з о б р е т е н и я

40 Самоуправляемый автономный инвертор напряжения, содержащий вентильный мост, каждое плечо которого состоит из встречно параллельно соединенных тиристора и диода, подключен45 ные к диагонали переменного тока моста коммутирующая LC-цепь, первичная обмотка выходного трансформатора, выполненного с дополнительной обмоткой, и деяпфирующая RC-цепочка, а

50 к диагонали постоянного тока подключен конденсатор фильтра, блок управления, состоящий из первого и второго формирователей импульсов с трансформаторами управления, о т л и ч а ю 5 шийся тем, что, с целью уменьшения установленной мощности и повышения КПД, он дополнительно снабжен блоком гальванической развязки, выпрямителем и зарядным блоком, а каж9 1 777221 1Д дый из формирователей импульсов снаб- почку,а зарядный блок выполнен на ди, . жен тиристором, накопительным кон- одах по мостовой схеме, при этом аноденсатором и ограничительным реакто- ды диодов анодной группы соединены ром, соединенными последовательно с . с катодами тиристоров формирователей

5 первичными обмотками трансформаторов импульсов и общеи точкои соединения управления, вторичные обмотки подклю- накопительных конденсаторов, а каячены к управляющим выводам диагональ- дый из диодов катодной группы через ных тиристоров инвертора, при этом ограничительный резистор подсоединен управляющие выводы тиристоров формиро-)p к сооответствующему реактору, выводавателей через выпрямитель соединены ми переменного тока зарядный блок с выходными выводами блока гальвани- соединен с дополнительной обмоткой ческой развязки, включенного в RC-це- выходного трансформатора.

1777221

1777221

Составитель Л.Кощеев

Редактор М.Кузнецова Техред И.Иоргентал Корректор Н.Ревская

Заказ 4126 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Гагарина,101