Автономный инвертор напряжения

 

Использование в тирмсюрных преобразователях главного привода станков с числовым программным управлением, а также в преобразователях частоты электропоездов и электровозов переменного тока Сущность изобретения устр-во содержит подключенные через LC-фильтр 4, трехфазный главный (7, 8, 11, 12, 15, 16) и коммутирующий тиристорные мосты К резисторам 17, 18 соединенным с дополнительным источником , подключен трехфазный коммутирующий тиристорныи мост (5, 6, 9, 10, 13, 14) с тремя LC-цепями, состоящими из последовательно соединенных коммутирующих реакторов и конденсаторов 21-26 Параллельно диодам 19, 20 подключены зарядные тиристоры 30 31 Зарядные тири сторы позволяют организовать при включении главных тиристоров цепь для предварительного заряда, коммутирующих конденсаторов 1 з п ф-лы, 3 ил

СО!ОЗ СОВЕтскИХ

СОЦИАЛИС1ИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я>5 Н 02 M 7/515

IC)

) ъ

1 ! !

ГОСУДАРС1 BBHI lblll КО ANTE T

I1O ИЗОЬРЕтг 1!ЛЯМ И ОТКРЫГИЯМ

ПРИ ГКН1 СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4932299/07 (22) 12,03.91 (46) 30.11,92. Бюл. К" 44 (71) Центр научно-технического творчества молодежи "Прогресс" и Новосибирский филиал Международного коммерческо о союза (72) Г.Н.Коваливкер, А,Б,Немировский, Ю.M.Èèüêîâ и А,M.ÑoëîäóíoB (56) Сандлер А.С, и др. Тиристорные инверторы с широтно-импульсной модуляцией.

M. Энергия, 1968, с. 18, 19, рис. 2-4.

Авторское свидетельство СССР

N. 1683157, кл. Н 02 M 7/515, 1989. (54) АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР НАПРЯЖЕНИЯ (57) Использование: в тиристорных преобразователях главного привода станков с числовым программным управлением, а такИзобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в тиристорных преобразователях главного привода станков с числовым программным управлением.

Известен инвертор напряжения, содержащий трехфазные главный и коммутирующий тиристорные мосты, обьединенные выводами переменного тока трехфазного главного тиристорного моста к выводам трехфаэной нагрузки, три LC-цепи, состоящие из последовательно включенных коммутирующих реактора и конденсатора, подключенных между выводами переменного тока трехфазных главного и коммутирующего тиристорных мостов, систему управления. Устройство работоспособно только при номинальном напряжении на

„,. Ж„„17789Î1 А1 же в преобразователях частоты электропоездов и электровозов переменного тока.

Сущность изобретения: устр-во содержит подключенные через С-фильтр 4, трехфазный главный (7, 8, 11, 12, 15, 16) и коммутирующий тиристорные мосты. К резисторам

17, 18 соединенным с дополнительным источником, подключен трехфазный коммутирующий тиристорный мост (5, 6, 9, 10, 13, 14) с тремя LC-цепями, состоящими из последовательно соединенных коммутирующих реакторов и конденсаторов 21-26.

Параллельно диодам 19, 20 подключены зарядные тиристоры 30., 31. Зарядные тиристоры позволяют организовать при включении главных тиристоров цепь для предварительного заряда, коммутирующих конденсаторов, 1 з,п. ф-лы, 3 ил. входе (АИН), При снижении напряжения на входе АИ Н устройство не работает. поскол ьку снижается коммутирующая способность устройств принудительной коммутации.

Известен автономный инвертор, выбранный в качестве прототипа, содержащий подключенный ко входным выводам трехфазный главный тиристорный мост, выводы переменного тока которого подключены к выходным выводам и через коммутирующие последовательные LC-цепи — к выводам переменного тока асимметричного трехфазного коммутирующего тиристорно о моста, K анодной группе которого подключен катод первого обратного диода и вывод первого резистора, а к катодной группе — анод второго обратного диода и вывод второго резистора, анод первого обратного диода

1778" l1

2 г

40

55 соединен с анодом главного тирисгорного моста, а катод второго обрап1ого д1лода соединен с ка годами главного тиристорного л1оста, систему управления, состоящую из последовательно включенных импульсов управления, выполненную обеспечива1ощей формирование последовательности сдвинутых и нормированных по длительности импульсов угl равл ения асимметрич и ым трехфазным главным тиристорным мостом, по задним фронтам которых обеспечивае ся формирование коротких импульсов управления асимметричным трехфазнь! м коммутиру1ощил1 тиристорным мостом, при этом Bblxopbl распределителя импульсов управления через усилительно-развязывающие элеме IThl соелинены с управляющими входами асим11етои 1llых 1 рехфазt1ыx тирl1 сторных мостов.

К недостаткам устройст за следует отнести отсутствие возможносги регулирования

IIàrIðëæåíèë Hа входе АИН, вследствие чего на низкой частоте приходится увеличивать частоту коммугации, что увеличивает потери в устройстве. Заряд KOммутиру1ощих КоН денсаторов возможен только при организации специгльнаго алгоритма подзаряда коммутиру;оших конденсаторов.

Вследствие перечисленных 1 1едостатков существенно сни>кены функциональные возможности устройства, Поэтому целью предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем увеличения коммутиру1ощей способности, Поставленная цель достигается тем, что в автономный инвертор напряжения дополнительно введены два зарядных тиристора, вкл1оченных встречно параллельно обратным диодам, при этом свободные выводы первого и второго резисторов подключены к выводам введенного дополнительного источника питания, а в распределитель импульсов системы управления дополнительно введены два трехвходовых логических элемента IflN, подключенных входами к выходам распределителя, формиру:ощим импульсы управления тиристорами соответственно анодной и катодной группы асимметричного трехфазного главного тиристорного моста, а выходами через введен н ые усилител ьно-развязы вающие элементь1 к управляк)щим входам зарядных тиристоров, при этом в качестве зарядных тиристоров использованы тиристоры с обратной проводимостью или асимметричные, Ожидаемый or использования изобретения положительный эффект заключается в том, что по сравнению с известными устройствами введение зарядных .Ирисп1ров позволяет организовать при включении главных тиристоров цепь для предварительного заряда коммутиру1ощих конденсаторов и не тоебует организации алгоритма управления для предварительного заряда конденсаторов. Подсоединение выводов первого и второго резисторов к выводам дополнительного источника питания постоянного напря>кения обеспечивает заряд и дозаряд коммутирующих конденса-оров до требуемой величины напряжения независимо от величины входного напряжения АИН, вследствие чего увеличивается надежность устройства и расширяются его функциональные возможности, поскольку на низких частотах выходного напряжения допускается кроме широтно-импульсной модуляции фазовое регулирование входного напряжения АИН.

Выполнение зарядных тиристоров с обратной проводимостью или на основе асимметричных тиристоров позволяет уменьLUèòь число иентилcé в автонîMíîм инверторе напряжения, а введение в распределитель импульсов управления трехвходовых логических элементов ИЛИ и подсоединение их входов к выходам распределителя, формирующего импульсы управления анодными и катодными группами трехфазного главного тиристорного моста, а выходов к управляющим входал1 зарядных тиристоров обеспечивает предварительный заряд конденсатора соответствующей полярности для выключения требуемо о гнавHoiî тиристора после окончания его инвертора проводимости.

На фиг, 1 изобра>кена функциональная схема инвертора напряжения; на фиг, 2— диаграмма управления, поясняющая процесс преобразования постоянного напря>кения в трехфазное переменное; на фиг. 3 — структурная схема системы управления, Инвертор напряжения (фиг.1) содержит источник питания 1, подсоединенный к входным выводам 2, 3, 1 С-фильтр 4. состоящий из последовательно включенных фильтрового конденсатора И токоограничивающего реактора, трехфазные главный и коммутирующий тиристорные мосты 5-16 (главные тиристоры 7, 8, 11, 12, 15, 16, коммутирующие тиристоры 5, б, 9, 10, 13, 14), подключенные выводами постоянного тока главного тиристорного моста ко входным выводам, резисторы 17, 18 и обратные диоды 19, 20, включенные параллельно и подключенные между выводами постоянного тока трехфазных главного и коммутирующего тиристорных мостов, три С-цепи 21-26, состоящие из последова1 778. .101

30 тельно соединенных коммутирующих реакторов и конденсаторов и подключенные между выводами переменного тока трехфазных главного и коммутирующего тиристорных мостов, трехфазную нагрузку

27-29, подсоединенную к выводам переменного тока трехфазного главного тиристорного моста, зарядные тиристоры 30, 31, подсоединенные между выводами постоянного тока трехфазных мостов главных и коммутирующих тиристоров, источник питания

32, подсоединенный к выводам постоянного трехфазного моста коммутирующих тиристоров, систему управления 33, подсоединенную выходными выводами к управляющим входам тиристоров. Система управления 33 (см, фиг.3) состоит из регулятора частоты 34, распределителя импульсов

35, подсоединенного в каждом канале управления выходными выводами через усилительно развязывающие элементы 38 к управляющим входам коммутирующих и главных тиристоров трехфазных тиристорных мостов. Входы распределителя импульсов подсоединяются к выходу регулятора частоты, на вход которого подается сигнал задания выходной частоты автономного инвертора, логические элементы ИЛИ 36, 37 подсоединяются своими входами к управляющим импульсам.тиристоров анодной и катодной групп трехфазного главного тиристорного моста и выходами к управляющим входам зарядных тиристоров 30 и 31.

Инвертор напряжения работает следующим образом.

Согласно диаграмме импульсов управления (фиг.2} с соответствующей нумерацией на интервале времени to-t> включены главные тиристоры 7, 12, 15, вследствие чего ток нагрузки замыкается по цепи 1, 2, 7, 27, 28, 12, 3, 1, а также по контуру 1, 2, 15, 29, 28, 12, 3, 1. При включении тиристора 7 согласно диаграмме (фиг.2) импульсы управления одновременно подаются на тиристоры 30 и 5, вследствие чего независимо от величины напряжения источника питания 1 на входе конденсатор 22 заряжается по контуру: 32, 17, 30, 7, 22, 21, 6, 18, 32.

Поскольку заряд конденсатора происходит в колебательном режиме, вследствие чего он заряжается до напряжения выше, чем Озг и выше, чем În, то тиристоры 6 и 30 выключаются под действием разности напряжений по контуру: 22, 7, 30, 32, 17, 32, 18, 6, 21, 22.

В момент t< выключают тиристор 15.

Для этого подают импульсы управления иа коммутирующий тиристор 13. Поскольку при включении тиристора 15 конденсатор

26 был предварительно заряжен с плюсом на правой обкладке, то тиристор 15 BblKfllo чается по контуру: 26, 15, 19, 13, 25, 26. В момент выключения тиристора 15 ток нагрузки 29 переводится в коммутирующую

LC-цепь 25, 26 и замыкается по контуру 1, 2, 19, 13, 25, 26, 29. 28, 12, 3, 1, а избыточный ток перезаряда конденсатора замыкается по цепи: 26, 15, 19, 13. 25, 26, вследствие чего к тиристору 15 на время протекания избыточного тока перезаряда прикладывается обратное напряжение, необходимое для восстановления вентильных свойств асимметричного тиристора, В момент времени, когда избыточный ток перезаряда становится равен току нагрузки, конденсатор 26 перезаряжается током нагрузки по контуру 1, 2, 19, 13, 25, 26, 29, 28, 12. 3, 1, Вследствие спада тока нагрузки в контуре коммутации, конденсатор дозаряжается. В момент времени t2 включается главный тиристор 16 и поскольку длительность импульса управления коммутирующими тиристорами превышает длительность интервала коммутации t) t2, то при включении тиристора 31 начинается форсированный дозаряд конденсатора 26 до напряжения выше, чем входное напряжение 0 и выше, чем напряжение источника

32. При этом диод 19 выключается по контуру: 26. 25, 13, 19, 4, 16, 26, а ток нагрузки 29 замыкается по цепи: 29, 28, 12, 16, 29. В момент времени, когда напряжение на конденсаторе 26 достигает максимального значения, тиристор 13 выключается по цепи: 26.

25, 13, 17, 32, 18, 20, 16, 26, Величина резисторов 17, 18 выбирается так, чтобы разряд и дозаряд конденсаторов проводился в колебательном режиме, но при этом пульсации напряжения на конденсаторе не превышали 15-20; от величины напряжения источника питания 32.

По мере спада обратного тока, обусловленного энергией запасенной в фазе 29, ток в тиристоре 16 меняет знак и начинается процесс нарастания тока в фазе 29 по контуру: 1, 2, 7, 27, 29, 16, 3, 1, На этом процесс выключения тиристора 15 заканчивается. В момент времени тз выключают тиристор 12, для чего подают сигнал управления на тиристор 10. При этом тиристор 12 выключается по контуру: 24, 23, 10, 20, 12, 24. Гок обратного восстановления тиристора 10 протекает по контуру; 10, 23, 24, 11, 4, 20, 10. При включении в момент времени t4 тиристора

11 и зарядного тиристора 30 осуществляется заряд конденсатора 24 по контуру: 32, 17, 30, 11, 24, 23, 10, 18, 32. В момент времени

15 выключают тиристор 7. flocKGëüê l конденсатор 22 был предварительно заряжен при включении тиристора 7, то при включении

1778901 тиристора 5 он выключается па контуру; 22, 7, 19,5,21,22.

В момент времени 1ö- ä коммутационные электромагнитные процессы происходят аналогична, Поскольку импульсы управления на зарядные тиристары подаются в моменты подачи импульсов управления на главные тиристоры, то к моменту выключения главных тиристаров конденсаторы заряжены v; 10 имеют соответствующую полярность напряжения.

Устройствоуправления автономным инвертором напряжения работает следующим образом. На вход регулятора 34 выходной 15 частоты падается сигнал задания !.!r, в результате чего ан формирует последовательность нормированных и сдвинутых во времени логических сигналов управления, поступающих на вход распределителя им- 20 пульсов 35. С выхода распределителя 35 через усилительна-развязываюшле элементы 38 на управляющие входы тиристорав подаются импульсы управления Г:, Г1, F>, Гв, Гс, Гс, Кл, Ка, Кв, Кв, Кс, Кс При этом импульсы 25

К> и К; формируются по задним фронтам импульсов управления Г! л i! и функции управления заря,цными тиристорами описываются выражениями

Fx= ГА Гв Гс: з1= FÀ Гв Гс

По окончании процесса коммутации разряд конденсаторов LC-цепей пралсхадит па колебательному закону, вследствие 35 чего напряжение на коммутирующих конденсаторам снижается на 15-20 ниже, чем напряжение источника питания 32.

Формула изобретения. 40

1. Автономный инвертор напряжения, содержащий подключенный к входным Bbl водам асимметричный трехфазный главный тиристорный мост, выводы переменного То- 45 ка которого подключены к выходным выводам " и через коммутирующие последовательные LC-цепи — к выводам переменного тока асимметричного трехфазного коммутирующего тиристарного моста, к 50 аноднай группе которого подключен катод первого обратного диода и вывод первого резистора, а к катоцнай группе — анод второго обратного диода и вывод второго резистора, анод первого обратного диода соединен с анодами главного тиристорного моста, а катод второго обратного диода соединен с катодами главного тиристорного моста, систему управления, состоящую из последовательно включенных регулятора частоты и распределителя импульсов управления, выполненную обеспечивающей формирование последовательности сдвинутых и нормированных па длительности импульсов управления асимметричным трехфазным главным тиристорным мостом, по задним фронтам которых обеспечивается

:;.:ормиравание коротких импульсов управления асимметричным трехфазным коммугируюгцим тиристорным мостом, при этом выходы распределителя импульсов управления через усилительно-развязывающие элементы соединены с управляющими входами асимметричных трехфазных тиристорных мостов, а т л и ч а ю шийся тем, что, с

qenbia расширения функциональных возможностей устройства путем увеличения коммутирующей способности, в него дополнитель ID введены два зарядных тиристара, включенных встречно параллельно обратным диодам, при этом свободные выводы первого и второго резисторов подключены к выводам введенного дополнительного источника питания, а в распределитель импульсов системы управления дополнительно введены два трехвходовых логических элемента ИЛИ, подключенных входами к выходам распределителя, формирующим импульсы управления тиристарами соответственно анодной и катодной групп асимметричного трехфазного главного тиристорного моста, а выходами через введенные усилительно-развязывающие элементы к управляющим входам зарядных тиристорав.

2. Инвертор напряжения по п.1, о т л ич а ю шийся тем, чта в качестве зарядных тиристоров использованы тиристоры с обратной проводимостью или асимметричные.

> пв<ю

1778901 д 4 а,4! иА з

ФУЯ.Я

Составитель Г.Коваливкер

Техред M,Moðãåíòàë Корректор М.Максимишинец

Редактор

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

Заказ 4201 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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