Автономный инвертор

 

Союз Советских

Социалистических

Респубпин (1 >) 608243 (6т)Дополнительное к авт. свид-ву (22) ЗаявлЕНа» 2А».76 (21) 23 12817/24-07. с присоединением заявки №(23) Приоритет (43) Опубликована25.05.78.Бюллетень М 19 (45) Дата опубликования описании IS. 15, gg

{5l) М. Кл., Н 02 М 7/515

Гввудврстввинмв ввивтвт ьвввтв Мввввтрвв 609 вв двлвм М306рвтвнив

»» втхдмткй (5З) УДК В2».З14.,572(088.8) I B Ивбнсщй Б, Я. В нцв, B. A. о- ов и A. В. Дарии (71) Зувщели Ташкентский епектротехнический институт связи

s Северо-Западный заочный политехнический институт (84) АВТОНОМНЫЙ HHBBP rGP

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для применения s электротехнических установках звуковой и ультразвуковой частоты.

Известны аналогичные автономные ииверторы Щ и f2)

Однако в режиме прерывистого входного тока .вентильно-конденсаторной ячейки угол проводимости тирнсторов получается меныпе одного периода выходного напряжения. Ноэтому при высокой выходной частоте импульс така тиристора оказывается настолько коротким, чта большая часть поверхности р — и перехода тиристара не успевает включиться за время этого импульса. Следствием этого является увеличение потерь в тиристорах и необходимость снижения их допустимого тока. Выполнение известных инверторав многоячейкавымн не устраняет указанного недостатка.

Наиболее близким к предложенному является инвертор, в котором благодаря подключению дополнительных днодно-дроссельных цепочек решена задача уменьшения коммутационных потерь тиристоров моста на высокой частоте, вследствие двухкратного сокращения количества включений тиристоров моста в единицу временнСЗ1.

Однако уменьшение коммутационных потерь в тиристорах мостовой ячейки достигается благодаря применению для затягивания така через отработавшие тиристоры в течение паузы между импульсами входного тока четырех дополнительных элементов: двух диодов . н двух дросвелей.

Целью изобретения является упрощение схемы инвертора и упрощение н уменьшение коммутационных потерь. та Для этого в предложенном. инверторе, содержащем. подключаемую к входным выводам через дроссель фильтра последовательную цепь из нагрузки и конденсатора фильтра, параллельно которой через коммутирующий дроссель подключен многофазный вентильный мост, а также включенные в звезду коммутирующие конденсаторы, соединенные с выходными выводами моста, дроссель фильтра выполнен с отводом, связанным с общей точкой звезды коммутирующих конденсаторов.

Отвод дросселя фильтра может быть соединен с общей точкой звезды коммутирующих конденсаторов через дополнительный дроссель.

Для улучшения работы схемы и симметрии импульсов тока нагрузки отвод желательно выполнять, примерно, от середины дросселя фильтра, причем индуктивность половинок дрос608243 селя фильтра должны иметь большую индук.тивность рассеяния или не должны иметь магнитной связи между собой.

Изобретение позволяет существенно уменьшить коммутационные потери в тиристорах за счет поддержания тока тиристора между следующими непосредственно один за другим и проходящими через тиристор импульсами входцого тока вентильно-конденсаторной ячейки.

В отличиеот известных в предложенном инверторе величина тока через тнристоры в паузах меж- „, ду импульсами входного тока зависит от индуктивности входного дросселя фильтра.

Если инвертор выполнить на большую мощность, то для уменьшения его габаритов и стоимости может потребоваться уменьшение иМдуктивности дросселя входного фильтра, че.рез который течет основной силовой ток, потребляемый инвертором. Однако для поддержания тока через тиристоры моста в паузах меж- ду импульсами входного тока иа пути тока, протекающего между общей точкой соединенных в звезду коммутирующих конденсаторов и аиодной нли катодной группой многофазного тиристорного моста, должна стоять индуктивность по величине, примерно, в 20 — 40 раз большая, чем индуктивность коммутирующего дросселя. Для устранения этого противоречил пред- г лагается между общей точкой соединенных в звезду коммутирующих конденсаторов и .отводов от дросселя фильтра включать дополнительную индуктивность. Через эту дополнительнуюю индуктивность протекает ток, примерно, в

20 — 40 раз меныпий, чем ток через дроссель фильтра, поэтому ее можно выполнять малогабаритнойй.

Таким образом, дополйнтельная индуктивность позволяет существенно уменьшить габариты инвертора, имеющего большую мощность, кроме того она позволяет не предъявлять никаких требований к магнитной связи между иидуктивностями двух половинок дросселя фильтра, На фиг. 1 .показана принципиальная схема предложенного инвертора; на фиг, 2 — прин- 40 ципиальная схема инвертОра с дополнительной индуктивностью; на фиг. 3 —, временные диаграммы напряжений и токов инвертора.

Инвертор содержит подключаемую ко входным выводам через дроссель фильтра 1 пос45 ледовательную цепь из конденсатора фильтра

2 и нагрузки 3, параллельно которой через коммутирующий дроссель 4 подключен многофазный вентильный мост на тнристорах 5 — 10, а также включенные в звезду коммутирующие конденсаторы 11 — 13, присоединенные к выходным зажимам моста. Отличительной: особен- ° ностью инвертора является присоединение общей точки- коммутирующих конденсаторов 11—

l3 к отводу от витков дросселя 1, причем индуктивность части 14 дросселя фильтра 1 55 должна быть как можно меньше магнитосвязанной с индуктивностью части 15 дросселя фильтра 1. Модификацией схемы фнг, 1 является схема фиг. 2, в которой общая точка конденсаторов 11 — 13 подсоедпнена к отво60 ду от дросселя фильтра 1 через добавочну!о

Д индуктивность 16. В этой схеме индуктивноеть дросселя фильтра 1 может быть сильно умеиьшена и части 14 и 15 дросселя фильтра 1 могут иметь сильную магнитную связь.

Для рассмотрения установившегося режима работы инвертора на фиг. 1 обратимся к фиг. 3, где в функции времени U et (где в — выходная частота, t — время) построены следующие кривые: тока коммутирующего дросселя i 4 (ось 1); тока i 5 полуобмоткн дросселя фильтра 1 (ось 2);. токов тиристоров 5, g, 9 анодной группй вентильной ячейки 4, i7, 19 (ось 3); тока i(4 полуобмотки дросселя . фильтра 1 (ось 4); токов тиристаров 6, 8, 10 катодной группы вентильной ячейки i(I, iq, 1(о (ось 5); тока 1(дросселя, соединяющего общую точку коммутирующих конденсаторов 11

12, 13 с отводом от части витков дросселя фильтра 1 (ось 6);для фиг. 2 i((; — ток дросселя 16; напряжений на коммутирующих конденсаторах 11 — 13 U.», U(z, U(q (ось 7) и тока нагрузки 3 1 (ось 8). Прямое п (дение напряжения в проводящих вентилях и их обратный ток равняются нулю, индуктивность дросселя 1, примерно, на полтора порядка больше индуктивностн коммутирующего дросселя 4, емкость конденсаторов 2 стремится к бесконечности. Напряжения на коммутирующих конденсаторах условно принимают положительными, когда нижние по схеме обкладки имеют положительный потенциал.

В момент U((, когда проводящим является тиристор 8 и напряжение яа конденсаторе 11 отрицательно, а на конденсаторе 12 близко к нулю, подается импульс управления на тиристор 5, и он открывается. Его ток i, являющийся одновременно током коммутирующего дрос.селя 4 14, представляет собой сумму токов двух контуров 4 i 4-1> + i >. Контур тока 1 включает s себя конденсаторы фильтра 2, коммутирующий дроссель 4, тиристор 5, коммутирующие конденсаторы 11 и 12, тиристор 8 и нагрузку 3. Ток if изменяется во времени о колебательному закону, вследствие чего быстро уменьшается по абсолютной величине отрицательное напряжение на конденсаторе 11 и быстро увеличивается отрицательное напряжение на конденсаторе 12. Контур тока 15 включает в себя конденсатор 11, индуктивность 14 дросселя фильтра 1, коммутирующий дроссель

4 и тиристор 5. По этому контуру конденсатор

I 1 тоже стремится переэарядиться, но ввиду того, что индуктивность части 15 дросселя фильтра 1 значительно превышает индуктивность коммутирующего дросселя 4,.процесс перезарядки конденсатора 11 по второму контуру протекает намного медленнее, Поэтому в

° ю момент U когда ток первого контура проходящий через тиристор 8, достигает нуля, а напряжение на конденсаторе 11 уже стало положительным, ток второго контура is еще равен нулю. В момент U(тиристор 8 закрывается, а через тиристор 5 продолжает проходить ток i 5. За счет энергии, запасенной в индуктивыости 15 дросселя фильтра 1, ток if сохраняется в течение всей чауэЬi U, 13„когда тиристоры катодной группы заперты, и достигает нуля в некоторый более поздний моФормула изобретения

5 мент Ue. Ток полуобмотки 15 дросселя фильтра.1 в интервале Uo Ue выражается уравнением: В = 4+ 6 где 1и — составляющая входного тока инвертора, проходящая через обе полуобмотки дросселя 1, 8 момент Ue подается отпирающий импульс на тирнстор 10, и он отпирается. =его ток представляет собой сумму токов трех контуРОВ: i ro iro+ ir o + i > î. КОНТУР тОКа

11 о включает в себя конденсаторы фильтра 2, коммутирующий дроссель 4, тиристор 5, коммутирующие конденсаторы 11 и 13„тиристор

10 н нагрузку 3. Ток ir o изменяется so времени по колебательному закону, вследствие чего положительное напряжение йа конденса торе 11 быстро увеличивается, а положительно заряженный конденсатор 13 стремится перезарядиться. Контур тока ir o содержит в себе конденсатор 13,.тиристор 10, источник питания с небольшим но величине внутренним сопротивлением и индуктивность 14 дросселя фильтра 1. Контур тока ir o образован конден. сатором 13, тиристором 10, сопротивлением нагрузки 3, конденсатором фильтра 2 и индуктивность 15 дросселя фильтра 1. Ао второму и третьему контуру конденсатор 13 стеемнтся перезарядиться, но ввиду того, что нидуктивиостн 14 и 15 дросселя фильтра 1 значительно превышают индуктивность коммутирующего .дросселя 4, процесс перезарядки конденсатора 13 по второму и третьему контууам протекает намного медленнее, чем по первому.

Поэтому в момент Ug, когда ток тирнстора 5 достигает нуля . и этот тирнстор закрывается, через тиристор 10 продолжают проходить.токи 1 0 и 1 о sa счет энергии, запасенной в индуктивностях 14 и 15 дросселя фильтра 1 (ток i;o поддерживается также за счет энергии источника питания). Суммарный ток iro + iro пРоходит чеРез. тиРистоР 10 в течение всей паузы U4 Ue, когда заперты все тиристоры анодной группы, и достигает нуля в некоторый более поздний момент времени Ue.

Ток полуобмотки 14 дросселя фильтра 1 в интервале U> Ue выражается уравнением;

114 Q+rlO.

Ток второго контура ir"o обычно превышает ток третьего контура i> o, так как внутреннее сопротивление источника питания почти всегда меньше сопротивления нагрузки 3, поэтому при построении фиг. 3 ток iro не учтен.

Однако при сильной магнитной связи обмоток 14 н 15 дросселя фильтра 1 ток iro„ ггаггравленный навстречу току ir o, может оказывать заметное размагннчивающее действие и уменьшать индуктнвности 14 и 15,. Поэтому обмотки 14 и 15 нужно изготовлять либо с

08243 малой магнитной связью (фнг. 1), либо к отводу ot дросселя фильтра рекомендуется подключать дополнительную индуктивность 16 (фиг. 2), которая может быть выполнена малогабаритной ввиду малой амплитуды тока i i e.

Подключение индуктнвности 16 позволяет уменьшить индуктивностн 14 и 15, через которые, протекает силовой входной ток инвертора, что позволяет уменьшить габариты дросселя фильтра 1 {фнг. 2). Суммарная величищ на индуктивности 16 и половины индуктнвности 1 должна, примерно, в 20 — 40 раз превышать. величину индуктивности нагрузки 3.

В момент Ug подается отпирающий импульс на тиристор б, и он отпирается, При этом возникают такие же процессы, как прн отпирании тиристора 5 в момент Uo н т. д.

При принятых прн построении фиг. 3 допущениях ток нагрузки i> в любом интервале времени определяется уравнением:

rç 4- ië где 6 — ток контура, замыкаемого одновременно пройодящими тнрнсторами анодной и катодной группы (например в интервале U>

Ц4 14 — i5 i10 в интервале Ue U i4 i1

eire и т. д.);

Таким образом„ в предложенном инверторе

25 кривые токов вентилей s нагрузки имеют ирак. тически такой де вид, как и.в прототипе, кривые напряжения тоже практически совпадают.

1. Автономный инвертор, содержащий нодключенную к входным выводам через дроссель фильтра последовательную цепь из нагрузочного элемента н .конденсатора фильтра, параллельно которой через коммутирующий дпоссель подключен многофазный вентильиый мост, а также включенные в звезду коммутирующие конденсаторы, соединенные с выходными выводами моста, отличающийся тем, что, с целью упрощения и уменьшения коммутационных потерь, дроссель фильтра выполнен

4© с отводом, связанным с общей точкой звезды коммутирующих конденсаторов.

2. Автономный инвертор по и. 1, отличающийся тем, что указанный отвод дросселя фильтра соединен с общей точкой э езды коммутн45 . рующих конденсаторов через дополнительный дроссель.

Источники информации, принятые во внимание прн экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР № 111773, кл. Н 02 М 7/48, 1958, 2. Авторское свидетельство СССР № 235177„ кл. Н 02 М 7/516, 1970.

3;; СССР № 489186, кл. Н 02 М 7/515, 1973.

608243

4 »

«аяцыт, Составитель И. Галиева

Телред О. Луговая Корректор А. Гриценко

Тираж 892 Додансное

Редактор Е. Кравцова

Заказ 2812 38

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР яо делам нэобретен ий н открытий

I 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., a. 4/б

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4