Трехфазный стабилизированный инвертор тока

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (10 61 5577

-," ":" РЯ„, (51) М, Кл

Н 02 М 7/515 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 24.1275 (21) 2303639/24-07 с присоединением заявки №вЂ”

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет(43) Опубликовано 15.0778.Бюллетень № 26 (45) Дата опубликования описания 21.0678 (53) УДК 621.314.57 (088.8) P2) Автор изобретения

В.Н.Филатов (71) Заявитель (54) ТРЕХФАЗНЫЙ СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИНВЕРТОР ТОКА

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в качестве автономных источников питания.

Известные схемы стабилизированных трехфазных инверторов -.гока -(1Щ- с выходным напряжением, близким по форме к синусоидальному, содержат трехфазный инверторный мост на тиристорах, подключенных к входным зажимам через" дроссели, и на выходе моста установлены компенсирующие конденсаторы и согласующий трансформатор. Стабилизация выходного напряжения в них осу ществляется с помощью диодов или тивисторов, собранных в обратный мост, подключенный между отпайками трансформатора и входными зажимами устройства или между выходными и входными зажимами инвертора. При этом входные ,дроссели могут быть шунтированы обратными диодами (2).

Недостатком указанных схем являе1 .ся сложность конструктивного исполнения (наличие, как минимум, шести дио-дов и неунифицированного индивидуаль- ного изготовления трансформатора с отпайками), большие весогабаритные показатели, обязательное наличие трансформатора, что не всегда н ь: бхс(димо.

Целью изобретения является упрощение устройства.

Цель достигается тем, что другая пара обратных вентилей включена между нулевой точкой, образованной элемен« тами выходной цепи инвертора и его входными выводами.

На фиг. l приведена принципиальная схема предлагаемого инверторй7 на фиг. 2 — формы токов и напряжений, характеризующие работу инвертора.

Схема содержит тиристоры .1-6, дроссели 7 и 8, конденсаторы 9-11, трансформатор 12 и диоды 13-16, Тиристоры 1-6 образуют трехфазный инверторный мост, подключенный к входным зажимам инвертора через анодный и катодный входные дросселя 7 и

8. K выходным зажимам этого моста подключены коммутирующие конденсаторы 9-11 и выходной трансформатор,12.

Обратные диоды 13 и 14-подклюЧены между нулевой точкой конденсаторов

9-11 соединенных в звезду и входными зажимами устройства. Диоды 15 и 16 шунтируют в обратном направлении входные дроссели 7 и 8, 615577

Устройство работает следующим образом.

Наиболее тяжелый режим работы инвертора, близкий к холостому ходу, когда в конденсаторах 9-11 происходщт накопление избыточной феактивной мощности.

Пусть индуктивность дросселей

8 близка к бесконечности, а полярность напряжений на элементах схемы (фиг.l) соответствует моменту време.ни t O. На тиристоры 1-6 подаются едвовнные — яерез- 60». узкие управляю щие импульсы в очередности, соответствующей их нумерации. (Схема управления ие приведена иа фиг.l).

При отсутствии диодов 13-16 инвер,хор работает как обычный параллельный несхабилизированный инвертор тока, формируя на выходе трехфазную систему напряжений, близкую по форме к синусоидальной.

На фиг. 2© приведена форма входного тока инвертора ig и тока через тиристоры 1-6. -ga фиг.26.(приведена форма фазовых напряжений на конденсаторах 9-11 и входного 0,которое меньше фазовых напряжений. При снижении нагрузки инвертора в конденсаторах 9 и ll будет происходить нарастание з паса электрической энергии и увеличение выходного напряжения ин.вертора (в идеальном случае до бесконечности).

Однако при наличии диодов 13-16 режим работы инвертора существенно изменяется.

Пусть в момент времени t =0 управляющие импульсы: подаются одновремен- но на тиристоры 1 и б. ббразуется контур протекания тока: дроссель 7, тиристор 1, конденсаторы 9,10 (шунтированные обмотками трансформатора, 12 и нагрузкой), тиристор б, дросс)ель

8 и источник входного напряжения Од..

В этом контуре действует алгебраиЧесумма напряжения 1 ; Оя, От, .,См.фиг.3)..

Под действием тока М начинается перезаряд конденсаторов 9 и 10 др напряжения противоположной полярнос- ти . Как только напряженке на конден- саторе 10 достигнет величины входного напряжения- Ug (и даже превысит его на величину падения напряжения в вен-I тилях, см.фиг.2,б) открывается диод .13 и образуется короткоэамкнутый контур разряда конденсатора 10, содержд" щий диод 13, конденсатор 10, тиристор 6, диод 16 и источник питания

0,1, Ток разряда конденсатора 10 протекает через тиристор б, встречно протекающему через него рабочему хоку М,обеспечивая практически мгновенную коммутацию этого тиристора.

При этом ток дросселей 7 и 8:, который не может мгновенно изменить свод значение, переключается на два новых коитуса (Фиг.3).

1, Контур из дросселя 8 и диода 16;

2. Контур из дросселя 7, тиристо- ра l, конденсатора 9, диода 13— обеспечивает продолжение перезаряда конденсатора 9 за счет запаса элект ромагнитной энергии дросселя 7.

Открытое состояние диодов 13 и

16 поддерживает напряжение на кондек10 саторе 10 неизменным, примерно равным входному напряжению 0,1, не позволяя .включиться тиристору 6, который все это время остается выключенным под действием малого обратного напряжеl5 ния, примерно равного падению напря. жения в диодах 13, 16.

Через промежуток времени t =+/g подаются следующие по очередности управляющие импульсы на тиристоры

2О 1 и 2. Включение тиристора 2 приводит к выключению диодов 113 и 16 по контуру: источник питания .Ug, диод

13, конденсатор 11, тиристор 2, диод

16 и к образованию второго рабочего

25 контура протекания тока: дроссель 7, тиристор 1, конденсаторы 9 и li (шунтированные обмотками трансформатора 12 и нагрузкой), тиристор 2 и дроссель 8.

Начинается второй такт работы ин вертора, аналогичный описанному выше первому такту. Под действием тока происходит перезаряд последовательно включенных конденсаторов

Как только напряжение на следующем контуре 9 достигйет (и немного превысит) входное напряжение Ц,1 отпирается диод 14 и образуется контур разряда конденсатора 9 на источник питания, состоящий из последовательно включенных диода 15, тиристора 1, конденсатора 9 и диода 14. Происходит коммутация-запирание тнристора

1 и образование двух внутренних кон45 туров, аналогичных контуру (фиг.З).

1. Дроссель 7, шунтированййй диодом 15;

2-; Дроссель- 8,---диод- 14,êîíäåícàтор 11 и тиристор 4.

Через следующие = 3 подаются очередные управляющие импульсы на тириаторы 3 и 2. Происходит отпирание тиристора 3, включение диодов 14, 15 и начинается третий такт работы ин55:вертора с протеканием рабочего тока по контуру: дроссель 7, тиристор З конденсаторы 10, 11, тиристор 2 и дроссель 8.

Аналогичным образом Происходит

60 коммутация всех вентилей инвертора и ограничение напряжения на конденсаторах (и на выходе инвертора) в последующих тактах работы инвертора.

Полный период-цикл работы инверто@а

65 состоит из шести тактов.

615577 6

")5

На фиг. 2б приведена форма тока через дроссели 7, 8 — ток непрерывен и не имеет скачков и разрывов (при

oo ).

На фиг. 2б приведена идеализированная форма напряжений на конденсаторах 9-11 (а, соответственйо,и на выходе инвертора) . За счет налйчия диодов 13-16 происходит ограничение его величины на уровне входного напряжения О,(, т.е. с вычетом заштрихованных сегментов.

На фиг. 2в приведена форма тока через тиристоры 1-6.Длительность импульсов тока через тиристоры 1-6 при работе диодов 13 16 меньше 120 на величину бестоковой паУзы С„ °

На фиг. 2г приведена форма вход ного тока при работе диодов 13-16.

Этот ток уже не непрерывен, а имеет форму прямоугольных импульсов

Во время этих пауз ток дросселей 7, 8 не прерывается, а продолжает протекать по внутренним контурам. На фиг. 2д приведена форма тока через циоды 13-16 — представляет собой прямоугольные импульсы тока длительностью, равной длительности бестоковой паузы..

На фиг. 2е,ж приведены формы нап. ряжений на тиристоре 1 при отсутствии и наличии диодов 13-16. Видно, что за счет наличия бестоковой пауэц и ограничения длительности,протекания тока через тиристоры, время восстановления запирающих свойств тирис » торов возрастает на величину бестоковой паузы.

Таким образом, возможность упреждающего выключения тиристоров 1-6 обеспечивается образованием контуроЗ

Разряда коммутирующих конденсаторов

9-11 непосредственна в питающую сеть через пары диодов 13, 16 и 14, 15, что не позволяет подняться напряжению на этих конденсаторах выше входного.

При необходимости соединения коммутирующих конденсаторов не в звезду, а например в треугольник, в качестве искусственной нулевой точки, для подключения диодов 13, 14 может использоваться нулевая точка, например .сглаживающего трансформатора, как показано пунктиром на фиг. 1. При этом картина работы инвертора остается аналогичной описанной. Возможны и другие варианты, не выхо)вящие за рамки предложения.

На фиг. 2а, г,д видно, что в режиме стабилизации напряжения обратными диодами 13-16 происходит полное прекращение поступления. тока (и энергии) из питающей сети. Энергия.же запасенная в дросселях 7, 8 соответственно

l0 !

30 через такт либо остается неизменной (дроссель 7 или 8 шунтирован диодами 15 или 16), либо расходуется на продолжение перезаряда коммутирующих конденсаторов 9-11 (и шунтирующих их обмоток трансформатора с нагрузками, см.фиг.3). Таким образом, в дросселях 7, 8 не происходит накопления тока, поскольку эа полный период ра-. боты инвертора при работе стабилизи- рующих диодов 13-16 происходит трехкратное (как в известном решении) гашение их электромагнитной энергии на перезаряд конденсаторов 9-11 и на полезные потери в шунтнрующих их нагрузках. Следовательно, не происходит и увеличения установленной

Мощности и габаритов дросселей.

Благодаря предлагаемому подключению диодов, происходит значительное упрощение схемы и снижение весогабаритных показателей за счет использования четырех диодов вместо шести, отсутствия отпаек у трансформатора, либо возможности вообще обходиться без трансформатора, что обязательно в известной схеме.

Необходимо отметить, что стабилизация фазовых напряжений на уровне входного напряжения является оптимальной и с точки зрения формы напряжения и параметров самого инвертора, поскольку отношение фазового напряжения к линейному равное 1/+3 = 0,58 укладывается в оптимальный диапазон 0,50,75 коэффициента трансформации известных,схем.

Формула изобретения

Трехфазный стабилизированный инвертор тока, содержащий инверторный мост на тиристорах, входные дроссели, лунтированные одной парой обратных вентилей, коммутирующие конденсатбры, соединенные в звезду или в треугольник, другую пару обратных вентилей и элементы выходной цепи, о т л.ичающийся тем,что,с целью. упрощения, другая пара обратных вентилей включена между нулевой точкой, образованной элементами выходной цепи инвертора и его входными выводами.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Лабунцов В.A., Ривкин Г.A., Шевченко Г.И., Автономные тиристорные инверторы. Энергия, 1967, с. 32.

2. Патент Швейцарии 9 419299, кл. 21 с. 59/10, кл. H 02 р 7/42

13.04.65.

615577

9ис. У

i г и, Редактор Л.Баглай

Заказ. 3921/44 Тираж 892 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП, Патент, г. Ужгород, Ул. Проектная, 4

4у с118 ;оставитель Г. Вотчицев

Техред А.Алатырев Корректор С. ЯмалОва