Автономный инвертор напряжения с принудительной коммутацией

 

Использование: в тиристорных приводах переменного тока, в частности, для наземного электротранспорта. Сущность изобретения: устр-во содержит комбинированно-выключаемые и однооперационные тиристорыЗ-14, выключающие диоды 15-20 и распределительные тиристоры 21-26. Узел принудительной коммутации включает в себя тиристорный мост 32-35, соединенный с зарядными тиристорами 48-51 и через диоды 37, 38 с КОММУТИРУЮЩИМИ. тиристорамич39,42. Первичные обмотки 52,53 коммутирующего тр-ра соединены LC-цепями. заоядными тиристорами 50.51 и разрядными диодами 54,55. Вторичная обмотка 60, тр-ра включена в диагональ моста возвратных диодов 56-59. Устр-во м.б. использовано не только для выключения комбинированно-выключаемых тиристоров, но и для выключения двухоперационных ти-, ристоров, 3 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 02 М 7/515

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4872691/07 (22) 21.08.90 (46) 30,05,93. Бюл. М 20 (71) Центр научно-технического творчества молодежи "Прогресс" (72) Г. Н. Коваливкер и Е, М. Гейфман (56) Булатов О. Г. и др. Влияние режима коммутации на время выключения тиристоров ТБХ 171. — Электроника, 1988, М 5, с. 41, рис. 3.

Авторское свидетельство СССР

М 1336170, кл. Н 02 М 7/515, 1986. (54) АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР НАПРЯЖЕНИЯ С ПРИНУДИТЕЛЬНОЙ КОММУТАЦИЕЙ (57) Использование: в тиристорных приводах переменного тока, в частности, для наземного электротранспорта. Сущность Ы 1818671 А1 изобретения: устр-во содержит комбинированно-выключаемые и однооперационные тиристоры 3 — 14, выключающие диоды 15-20 и распределительные тиристоры 21 — 26.

Узел принудительной коммутации включает в себя тиристорный мост 32-35, соединенный с зарядными тиристорами 48 — 51 и через диоды 37, 38 с коммутиочющими тиристорами39,42. Первичные обмотки 52,53 коммутирующего тр-ра соединены 1 С-цепями. заоядными тиристорами 50. 51 и разрядными диодами 54,55. Вторичная обмотка 60, тр-ра включена в диагональ моста возвратных диодов 56-59. Устр-во м.б, использовано не только для выключения комбинированно-выключаемых тиристоров, но и для выключения двухоперационных ти-. ристоров. 3 ил.

1818671

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в мощных тиристорных приводах переменного тока, в частности для преобразователей частоты наземного электротранспорта.

Предлагаемое изобретение поясняется нижеследующими фигурами. На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 диаграммы напряжений и импульсов управления, поясняющие процесс преобразования электрической энергии, на фиг. 3 — диаграммы напряжений и токов, поясняющиеэлектромагнитные процессы в устройстве.

Устройство, представленное на фиг. 1, содержит регулируемый источник питания постоянного напряжения 1, к шинам которого подсоединяются силовые вентили автономного инвертора 2, состоящего из двух трехфазных главных комбинированно-выключаемых и обратных однооперационных .тиристорных мостов 3 — 14; соединенных встречно-параллельно и подсоединенных выводами постоянного тока к источнику постоянного напряжения 1 (индексами 3, 4, 7, 8, 11, 12 обозначены комбинированно-выключаемые тиристоры главного трехфазного тиристорного моста; индексами 5, 6, 9, 10, 13, 14 — однооперационные тиристоры обратного трехфазного моста), шести выключающих диодов 15 — 20, подсоединенных анодами к выводам управления и катодами к анодам тиристоров 3, 4, 7, 8, 11, 12, из трехфазного моста распределительных тиристоров 21-26, соединенного выводами переменного тока с выводами переменного тока трехфазных главных и обратных тиристорн ых мостов и выводами трехфазной нагрузки 27 — 29, двух тиристоров связи 30 и 31, подсоединенных к шинам регулируемого источника питания постоянного напряжения. В состав автономного инвертора также входит узел принудительной коммутации, состоящий из дополнительного источника питания выполненного в виде однофазного тиристорного моста 32 — 35 с фильтровым конденсатором 36, встречно-включенные к выводам 36 диоды 37, 38, две пары согласно-последовательно включенных коммутирующих тиристоров 39, 40 и 41, 42 подсоединенных общими точками соединения анодов и катодов соответственно к анодам и катодам встречно включенных диодов

37, 38, две коммутирующие LC-цепи 43, 44 и

45, 46 последовательно включенные через разделительный диод 47 и подсоединенные к выводам пар коммутирующих тиристоров

39, 40 и 41 и 42, две пары соединенных анодами и катодами зарядных тиристоров

48, 49 и 50, 51 и подсоединенных к выводам дополнительного источника питания 32, 35, 36 и к выводам коммутирующих LC-цепей

43, 44 и 45 и 46, коммутирующего трансформатора, подсоединенного выводами двух первичных обмоток 52 и 53 к выводам разделительного диода 47 и к выводам переменного тока трехфазного распределительного тиристорного моста

22 — 26, двух разрядных диодов 54 и 55, под10 соединенных одними выводами к выводам первичных обмоток коммутирующего трансформатора и другими выводами к выводам тиристоров связи 30 и 31 и к общим точкам соединения анодов и катодов коммутирую.15 щихтиристоров 39,41 и 40, 42, однофазного моста возвратных диодов 56-59, в диагональ которого включена вторичная обмотка коммутирующего трансформатора 60, и подсоединенного выводами постоянного тока к

20 выводам коммутирующих тиристоров 3942.

Устройство содержит также блок управления 61, подсоединенный к управляющим входам тиристоров автономного инвертора

25 и узла принудительной коммутации.

Предлагаемое устройство согласно фиг.

2 и 3 работает следующим образом. Предположим, что на интервале времени 0-10 включены главные тиристоры 3, 8, 11, вследствие

30 чего ток нагрузки замыкается по цепи: 1, 3, 27,28,8,1,1,11,29,28,8,1. В момент времени t> согласно диаграмме фиг. 2 выключают тиристор 11. Для этого на тиристоры 39, 26, 31 подают импульсы управления.

Предположим, что конденсаторы 43, 45 предварительно заряжены напряжением, полярность которого указана на фиг, 1, вследствие чего в результате включения тиристоров 26; 31 конденсатор 43. переэаря40 жается по контуру, +43, 44, 47, 26, 11, 31, 39, -43. В результате колебательного перезаряда конденсатора 43 ток в тиристоре 11 спадает до нуля (см. фиг. 3, а, кривая 126). В момент ц, когда ток в тиристоре 26 достига45 ет нуля, часть тока колебательного перезаряда конденсатора 43 замыкается по контуру:+43, 44, 47, 52, 54, 39, -43, а часть тока протекает через выключаемый тиристор. В момент времени 12 ток!R достигает

50 максимального значения iR, вследствие чего тиристор 26 восстанавливается свои вентильные свойства и к нему прикладывается обратное напряжение UR, создаваемое действием обмотки коммутирующего трансфор55 матора: плюс U62 прикладывается через распределительный тиристор 26 к катодутиристора 11, минус Оэ2 — через разрядный диод 54 и тиристор связи 31 к аноду 11. В результате на интервале времени т2 — тз ток !я начинает спадать (см. кривую iR, фиг. 3, А), и

1818671

При этом ток нагрузки выключаемой фазы 29 переводится в контур коммутации и замыкается по цепи: 1, 31, 41, 45, 46, 26, 29, 28, 8, 1. В момент i времени t4подается импульс управления на обратный тиристор

13, вследствие чего на интервале времени тд — т ток нагрузки переводится в цепь обратного тиристора 13 и замыкается по контуру:

29, 28, 8, 13, 29. На интервале t4 — tg ток в контуре коммутации спадает до нуля, и конденсатор заряжается. до напряжения превышающего напряжения источника питания УПК.

На интервале времени ц — ть согласно диаграмме управления подаются импульсы управления на зарядные тиристоры 48, 51, вследствие чего конденсатор первой LC-це45

55 в это время под действием напряжения обмотки коммутирующего трансформатора по цепи управляющего напряжения тиристора протекает ток1н(см. фиг. 3, б):+52, 26, катод

11. управляющий переход 11, 20, 31, 54, -52. 5

Под действием тока IRg осуществляется активный вывод избыточных носителей заряда из базовых областей КВТ, что резко повышает допустимую скорость нарастания прямого анодного напряжения dUo/dt и 10 снижает время выключения tq „при запирании тиристора комбинированйым способом по сравнению с временем выключения цд того же прибора при его запирании только по анодной цепи (т.е; при Inc=0). Величина 15 напряжения или коэффициент трансформации К, между вторичной обмоткой 60 и первичной 52 выбирается таким образом, чтобы обеспечить требуемый ток IRG (например для тиристора ТБК171 он равен 5 — 10 А) 20 и допустимое обратное напряжение Ояам— (обратное импульсное напряжение управления}. Далее процессы коммутации продолжаются в следующей последовательности. На интервале време- 25 ни t2 — тз включается коммутирующий тиристор 41 второго LC-контура, вследствие чего под воздействием суммы напряжений LCцепей 43, 44 и 45, 46 тиристор первой LCцепи 39 выключается по контуру: 43, 39, 41, 30

45, 46, 47, 44, 43, а ток избыточного переэаряда конденсатора 45 замыкается по цепи:

45, 46, 52, 54, 41, 45. В результате на интервале времени тз — t4 к выключаемому тиристору прикладывается обратное 35 напряжение Ug равное Usa и по цепи управления протекает ток IRa. В момент времени ц, когда избыточный ток перезаряда конденсатора 1к (см. фиг. 3, в) становится равнымм току !т разрядный диод 54 закрывается, 40 вследствие чего снимается обратное напряжение UR и прекращается обратный ток IRa. пи 43, 44 дозаряжается по контуру: 36, 48, 43, 44, 51, 36.

В момент времени тв начинается процесс выключения тиристора 8, для выключения которого включаются тиристор 23, тиристор 30 и тиристор 42. При этом избыточный ток переэаряда конденсатора замыкается по контуру: 45, 42, 55, 53, 47, 46, 45.

Под действием напряжения 53 обмотки коммутирующего трансформатора по цепи управления тиристора 8 протекает ток управления по контуру: +53, 55, 30, катод тиристора 12, управляющий переход 8, 18, 23, -53, Далее процессы коммутации повторяются аналогично.

Предлагаемое устройство может быть использовано не только для выключения

КВТ тиристоров, но и для выключения двухопера цион ных ти ристоров, где требуется создание тока IRa величиной несколько десятков ампер и крутизной (Жрд/dt) несколько десятков ампер в мкс. Объясняется это тем, что первичная обмотка коммутирующего трансформатора имеет как правило 1 — 2 витка провода, вследствие чего индуктивность ее не превышает 0,5 — 1 мкГн, что позволяет обеспечивать крутизну перерастания тока 20 — 30 А/мкс, Таким образом, в предлагаемом устройстве без введения дополнительных формирователей импульсов управления допускается использование КВТ и двухоперационных тиристоров, что позволяет существенно улучшить технико-экономические показатели.

Формула изобретения

1. Автономный инвертор напряжения с принудительной коммутацией, содержащий три трехфазных моста главных, обратных и распределительных тиристоров, подключенных выводами переменного тока к выходным выводам, а выводами постоянного тока мостов главных и обратных тиристоров — к выводам регулируемого источника питания постоянного напряжения, узел принудительной коммутации, выполненный в виде двух пар согласно последовательно соединенных коммутирующих тиристоров, подключенных точками соединения анодов и катодов обеих пар к выводам дополнительного источника питания через встречно включенныедиоды разрядные и возвратные диоды,.подсоединенные своими соответствующими выводами к указанным точкам соединения анодов и катодов коммутирующих тиристоров, две последовательно включенные через разделительный диод коммутирующие С-цепи, подсоединенные своими свободными выводами к соответствующим точкам соединения коммутирующих тири1818671 8 сторов каждой пары, две пары встречно последовательно соединенных анодами и катодами зарядных тиристоров, подключенных точками соединения анодов и катодов к соответствующим выводам до- 5 полнительного источника питания, а свободными анодами и катодами — к соответствующим выводам 1 С-цепи и разделительного диода, коммутирующий трансформатор, первичные обмотки кото- 10 рого включены между выводами разрядных и разделительного диодов. а вторичная об мотка подключена к возвратным диодам, два тиристора связи, соединенные соответствующими выводами с точками соедине- 15 ния анодов и катодов коммутирующих тиристоров и подключенные к.выводам постоянного тока трехфазных мостов главных и обратных тиристоров, причем выводы постоянного тока трехфазного моста распре- 20 делительных тиристоров соединены с соответствующими выводами разделительного диода, блок управления тиристорами, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью улучшения технико-экономических показателей за счет снижения установленной мощности коммутирующих цепей, введены шесть включающих диодов, подсоединенных катодами к анодам главных ти ристоров трехфазного моста и анодами к выводам управления этих тиристоров, причем главные тиристоры трехфазного моста выполнены комбиниро ванно выключаемыми.

2. Инвертор по и. 1, отличающийся тем,. что коэффициент трансформации между вторичной и первичными обмотками коммутирующего трансформатора равен отношению напряжения дополнительного источника питания к запирающему им- пульсному напряжению управления.

1818671

LL8.

Редактор А. Коляда

Заказ 1940 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Ед

Составитель Г.Коваливкер

Техред М. Моргентал Корректор С. Юско