Инвертор

 

Использование: в преобразовательной технике, на основе инвертора могут быть разработаны глубокорегулируемые электроприводы переменного тока практически любой единичной мощности. Сущность: устройство содержит силовые мосты управляемых вентилей (СМУВ). СМУВ содержит мост обратных вентилей, узел коммутации из источника смещения и подключенных к нему разноименными силовыми электродами полностью управляемых вентилей, а также связанные с ним вспомогательные управляемые вентили по количеству управляемых вентилей СМУВ. Средние выводы одноименных фаз мостов попарно объединены, и с ними связаны свободные силовые электроды вспомогательных управляемых вентилей. Средние выводы фаз СМУВ через дроссели связаны с выводами для подключения нагрузки. Требуемая мощность может быть получена путем параллельного включения единичных инверторов. 2 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в преобразователях постоянного напряжения в переменное, а также в преобразователях частоты.

Известен инвертор, содержащий по количеству фаз цепочки полностью управляемых вентилей, зашунтированных встречно включенными диодами. Средние выводы цепочек соединены с выводами для подключения нагрузки. Свободные выводы цепочек через дроссели, зашунтированные диодами, связаны с входными выводами.

Недостатком инвертора является его относительно малая мощность, что является следствием низкой нагрузочной способности полностью управляемых вентилей.

Известен инвертор, в каждой фазе которого к выводу для подключения нагрузки разноименными силовыми электродами подключены зашунтированные диодами по два полностью управляемых вентиля, противоположные силовые электроды которых через индуктивные делители тока и зашунтированные диодами дроссели связаны с входными выводами.

Недостатками инвертора являются его относительно малая мощность и пониженная надежность, что является следствием низкой нагрузочной способности полностью управляемых вентилей, а также необходимостью использования полностью управляемых вентилей с практически идентичными характеристиками.

Известен инвертор, содержащий силовой мост управляемых вентилей, мост обратных управляемых вентилей и узел коммутации из источника смещения и подключенных к нему разноименными силовыми электродами полностью управляемых вентилей, а также связанные с ним через дроссели вспомогательные управляемые вентили по количеству управляемых вентилей силового моста. Свободные силовые электроды полностью управляемых вентилей подсоединены к входным выводам, к которым подключены выводы постоянного тока силового моста управляемых вентилей и моста обратных вентилей. Средние выводы одноименных фаз мостов объединены, служат выводами для подключения нагрузки и к ним подсоединены свободные силовые выводы вспомогательных управляемых вентилей. Каждый из полностью управляемых вентилей зашунтирован цепочкой из диода и конденсатора, выводы которого связаны последовательно соединенными резистором и управляемым вентилем.

Недостатком инвертора является его относительно малая мощность, что является следствием низкой нагрузочной способности полностью управляемых вентилей.

Наиболее близким к заявленному инвертору по технической сущности и достигаемому результату является инвертор, содержащий силовой мост управляемых вентилей, мост обратных вентилей, узел коммутации из источника смещения и подключенных к нему разноименными силовыми электродами полностью управляемых вентилей, а также связанные с ним вспомогательные управляемые вентили по количеству управляемых вентилей силового моста, свободные силовые электроды полностью управляемых вентилей подсоединены к входным выводам, к которым подключены выводы постоянного тока силового моста управляемых вентилей и моста обратных вентилей, средние выводы одноименных фаз моста управляемых вентилей и моста обратных вентилей объединены и с ними связаны свободные силовые электроды вспомогательных управляемых вентилей.

Недостатком инвертора является его относительно малая мощность, что является следствием относительно небольшого выключаемого тока полностью управляемых вентилей (тиристоров). При параллельном включении двух полностью управляемых вентилей через делители тока необходимо использовать полностью управляемые вентили с практически идентичными характеристиками, что снижает надежность. Для дальнейшего увеличения мощности инвертора необходимо в узле коммутации использовать полностью управляемые вентили с большим выключаемым током, что ограничивает мощность инвертора.

Цель изобретения - увеличение мощности инвертора и повышение его надежности.

Цель изобретения достигается тем, что, в отличие от известного инвертора, содержащего силовой мост управляемых вентилей, мост обратных вентилей, узел коммутации из источника смещения и подключенных к нему разноименными силовыми электродами полностью управляемых вентилей, а также связанные с ним вспомогательные управляемые вентили по количеству управляемых вентилей силового моста, свободные силовые электроды полностью управляемых вентилей подсоединены к входным выводам, к которым подключены выводы постоянного тока силового моста управляемых вентилей и моста обратных вентилей, средние выводы одноименных фаз моста управляемых вентилей и моста обратных вентилей объединены и с ними связаны свободные силовые электроды вспомогательных управляемых вентилей, в предлагаемый инвертор введены дроссели, дополнительные силовые мосты управляемых вентилей, по количеству дополнительных силовых мостов управляемых вентилей введены дополнительные мост обратных вентилей, узел коммутации из источника смещения и подключенных к нему разноименными силовыми электродами полностью управляемых вентилей, а также связанных с ним вспомогательных управляемых вентилей по количеству управляемых вентилей силового моста. Свободные силовые электроды полностью управляемых вентилей подсоединены к входным выводам. В каждом дополнительном мосте управляемых вентилей средние выводы фаз объединены со средними выводами одноименных фаз дополнительного моста обратных вентилей и связаны со свободными силовыми электродами дополнительных вспомогательных управляемых вентилей. Выводы постоянного тока дополнительных силовых мостов управляемых вентилей и дополнительных мостов обратных вентилей подключены к входным выводам. Средние выводы фаз силовых мостов управляемых вентилей через упомянутые дроссели связаны с выводами для подключения нагрузки.

На фиг.1 приведен вариант инвертора с диодами и управляемыми вентилями в обратном мосте; на фиг.2 приведен инвертор с обратным мостом управляемых вентилей.

Инвертор (фиг.1) содержит силовые мосты управляемых вентилей 1-12, мосты обратных вентилей с управляемыми вентилями 13-24 и диодами 25-36, узлы коммутации по количеству силовых мостов из источника смещения, включающего коммутирующий конденсатор 37 (38), зашунтированный источником подзаряда 39 (40), и подключенных к нему разноименными силовыми электродами полностью управляемых вентилей 41-42 (43-44) и вспомогательных управляемых вентилей 45-50 (51-56). Свободные силовые электроды полностью управляемых вентилей 41-44, а также выводы постоянного тока силовых мостов управляемых вентилей и мостов обратных вентилей подсоединены к входным выводам. Средние выводы одноименных фаз мостов управляемых вентилей и мостов обратных вентилей попарно объединены и связаны через управляемые вентили 13-24 со свободными силовыми электродами соответствующих вспомогательных управляемых вентилей 45-56, а через дроссели 57-62 связаны с выводами для подключения нагрузки 63.

В инверторе на фиг.2 свободные силовые электроды вспомогательных управляемых вентилей 45-56 непосредственно подключены к соответствующим средним выводам фаз силовых мостов управляемых вентилей 1-12, попарно соединенных со средними выводами фаз мостов обратных управляемых вентилей 64-75. Четыре цепочки ограничения скорости нарастания тока управляемых вентилей 64-75 обратных мостов содержат диоды 76-79, конденсаторы 80-83, резисторы 84-87 и управляемые вентили 88-91. Указанные цепочки включены параллельно полностью управляемым вентилям 41-44.

Полярность напряжения на конденсаторах 37-38 источников смещения указана на чертежах.

Инвертор работает следующим образом. Предположим, что открыты управляемые вентили 1-3 и 7-9. Ток проходит по цепям: 1-57 - фазы А и С нагрузки 63-59-2; 7-60 - фазы А и С нагрузки 63-62-8; 3-58 - фазы В и С нагрузки 63-59-2; 9-61 - фазы В и С нагрузки 63-62-8 (фиг.1). Для выключения управляемых вентилей 1 и 7 отпирают полностью управляемые вентили 41, 43, вспомогательные управляемые вентили 48, 54, управляемые вентили 14 и 20. При необходимости для ограничения скорости нарастания тока в контуре коммутации последовательно с источником смещения может быть включен, например, дроссель, зашунтированный диодом. По окончании переходного процесса напряжение коммутирующего конденсатора 37 прикладывается к управляемому вентилю 1, а напряжение конденсатора 38 - к управляемому вентилю 7. Ток фазы А нагрузки 63 при этом проходит по цепи: 41-37-48-14-57 - фазы А и С нагрузки 63-59-2; 43-38-54-20-60 - фазы А и С нагрузки 63-62-8. Напряжение коммутирующих конденсаторов 37 и 38 выбирается из условия, чтобы к выключаемому вентилю прикладывалось 40-60 В, поэтому разброс по времени включения управляемых вентилей благодаря дросселям 57-62 практически не оказывает влияния на работу и надежность инвертора. Происходит разряд коммутирующих конденсаторов 37-38 текущим значением тока фазы А нагрузки 63.

По окончании схемного времени запирают полностью управляемые вентили 41 и 43. Предположим, что полностью управляемый вентиль 41 имеет меньшее время выключения. После его выключения ток фазы А нагрузки 63 происходит по цепи: 28-14-57 - фазы А и С нагрузки 63-59-2-28 и 43-38-54-20-60 - фазы А и С нагрузки 63-62-8. Дроссели 60 и 57 ограничивают скорость изменения тока. После выключения полностью управляемого вентиля 43 ток проходит по цепи: 34-20-60 - фазы А и С нагрузки 63-62-8-34. В соответствии с алгоритмом управления отпирают очередные вступающие в работу управляемые вентили 4 и 10.

В инверторе, принципиальная схема которого приведена на фиг.2, для выключения управляемого вентиля 1 отпирают полностью управляемый вентиль 41 и управляемый вентиль 48, а для выключения управляемого вентиля 7 отпирают вентили 43 и 54. По окончании схемного времени запирают полностью управляемые вентили 41, 43 и отпирают управляемые вентили 67, 73, 89 и 91. До момента открытия управляемых вентилей 89 и 91 соответствующая часть тока фазы А нагрузки 63 проходит через конденсатор 81, диод 77, а также через конденсатор 83 и диод 79. После отпирания управляемых вентилей 89 и 91 ток проходит через управляемые вентили 89, 91 и резисторы 85 и 87. Прекращается заряд конденсаторов 81 и 83. Благодаря относительно низкому напряжению на конденсаторах ограничиваются потери и скорость нарастания тока при отпирании управляемых вентилей 64-75 обратного моста. При необходимости дальнейшего ограничения скорости нарастания тока между цепочками ограничения скорости нарастания тока и общими точками вспомогательных управляемых вентилей могут быть включены дроссели.

В инверторе полностью управляемые вентили работают в оптимальном для них импульсном режиме, что позволяет при использовании идентичных полностью управляемых вентилей увеличить мощность единичного инвертора в 2-3 раза по сравнению с инверторами на запираемых тиристорах. Требуемая мощность инвертора может быть получена путем параллельного включения соответствующего числа единичных инверторов. Благодаря дросселям исключается подбор полностью управляемых вентилей узлов коммутации и управляемых вентилей силовых мостов, что повышает надежность.

Повышение надежности, возможность разработки инверторов практически любой единичной мощности позволяют разработать на их основе глубокорегулируемые электроприводы переменного тока большой и средней мощности. Благодаря лучшим динамическим показателям, снижению эксплуатационных расходов, высокому коэффициенту мощности (около 0,9 и выше), значительно меньшему вредному воздействию на питающие сети, более высокой надежности и относительно низкой стоимости, более высокому КПД двигателей переменного тока глубокорегулируемые электроприводы переменного тока на основе предлагаемого инвертора будут иметь существенные преимущества перед глубокорегулируемыми электроприводами постоянного тока.

Формула изобретения

ИНВЕРТОР, содержащий силовой мост управляемых вентилей, мост обратных вентилей, узел коммутации из источника смещения и подключенных к нему разноименными силовыми электродами полностью управляемых вентилей, а также связанные с ним вспомогательные управляемые вентили по количеству управляемых вентилей силового моста, свободные силовые электроды полностью управляемых вентилей подсоединены к входным выводам, к которым подключены выводы постоянного тока силового моста управляемых вентилей и моста обратных вентилей, средние выводы одноименных фаз моста управляемых вентилей и моста обратных вентилей объединены и с ними связаны свободные силовые электроды вспомогательных управляемых вентилей, отличающийся тем, что в него введены дроссели, дополнительные силовые мосты управляемых вентилей, по количеству дополнительных силовых мостов управляемых вентилей введены дополнительные мосты обратных вентилей, узел коммутации из источника смещения и подключенных к нему разноименными силовыми электродами полностью управляемых вентилей, а также связанные с ним вспомогательные управляемые вентили по количесву управляемых вентилей силового моста, свободные силовые электроды полностью управляемых вентилей подсоединены к входным выводам, в каждом дополнительном мосте управляемых вентилей средние выводы фаз объединены со средними выводами одноименных фаз дополнительного моста обратных вентилей и связаны со свободными силовыми электородами дополнительных вспомогательных управляемых вентилей, выводы постоянного тока дополнительных силовых мостов управляемых вентилей и дополнительных мостов обратных вентилей подключены к входным выводам, средние выводы фаз силовых мостов управляемых вентилей через упомянутые дроссели связаны с выводами для подключения нагрузки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2