Автономный -фазный мостовой инвертор напряжения

 

О П И С А Н И Е (ii> 758438

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

-е

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 22,05.78 (21) 2618985/24 — 07 (5!)М. Кл.

Н 02 М 7/515 с присоединением заявки J%

Государстввнный камнтет (28) Приоритет ло делам изобретений н отнрытнй

Опубликовано 23.08.80. Бюллетень М 31

З,ата опубликования описания 23.08.80 (53) УДК 621.314..58 (088.8) (72) Авторы изобретения

Э. Н, Гречко, В. Е, Павленко и О. И. Фирсов

Институт электродинамики АН Украинской ССР (71) Заявитель (54} АВТОНОМНЫЙ m — ФАЗНЫЙ МОСТОВОЙ ИНВЕРТОР

НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в частотно-управляемом электроприводе.

Известны тиристорные мостовые инверторы с общим узлом коммутации, осуществляющие попеременно принудительную коммутацию то анод- ной, то катодной группы тиристоров (1), (2) и (3).

Они отличаются, как известно, жесткой внешней характеристикой за счет гальванической развязки коммутирующих и рабочих электромагнитных процессов в инверторе.

1О

Однако в таких инверторах напряжение источника питания в момент разряда конденсатора узла коммутации прикладывается к зажимам последовательной индуктивности на входе, что приводит к увеличению тока, отбираемоl5 го от источника и циркулирующего через основные тиристоры и, кроме того, к усложнению узла коммутации за счет введения различных цепей сброса избыточной энергии

20 коммутации, а также к сложности установки защиты инвертора по току и к пониженной помехоустойчивости схемы в связи с появлением повышенных напряжений на коммутнрующей индуктивности, превышающих величину напряжения питания инвертора.

Указанных недостатков лишены инверторы с узлом коммутации, осуществляющем переменную групповую коммутацию анодной и

:катодной группы тиристоров (4), (5) и (6), реализующие последовательную коммутацию с независимым контуром перезаряда коммутирующего конденсатора.

Однако содержащиеся в силовой цепи этих известных решений коммутирующие дроссели приводят к дополнительным потерям и к снижению жесткости внешней характеристики.

Наиболее близким по существу технического решения является инвертор, содержащий двухфазный мостовой инвертор, тиристоры каждой стойки которого соединены между собой через дроссель с шинами питания, мост диодов обратного тока, а также два узла принудительной коммутации, каждый из которых выполнен в виде цепочки из последовательно включенных вентиля, ограничительного дросселя и коммутирующего конденсатора, к обкладкам которого через встречно3 758 параллельно включенные коммутирующий тиристор и перезарядный вентиль подключена отпайка обмотки коммутирующего дросселя, причем указанные цепочки подключены к шинам литания инвертора так, что одна обкладка коммутирующего конденсатора одного узла принудительной коммутации связана с точкой объединения электродов катодной группы тиристоров, à обкладка коммутирующего конденсатора второго узла принуди>ельной коммутации связана с точкой объединения электродов анодной группы тиристоров инвертора.

Этот инвертор имеет тот же выше отмеченный недостаток.

Целью изобретения является устранение этого недостатка, а именно улучшение энергетических показателей инвертора.

Поставленная цель достигается тем, что автономный m-фазный мостовой инвертор, выполненный аналогично выше описанному сна 1жен 2Al числом вспомогательных тиристоpot, причем катоды тиристоров анодной rpynBbl через m вспомогательных тиристоров в неггроводящем направлении подключены через обмотку коммутирующего дросселя одного узла принудительной коммутации к. точке объединения электродов тиристоров катодной группы, а аноды.тиристоров катодной группы через другие m вспомогательных тиристоров в проводящем направлении подключены через обмотку коммутирующего дросселя второго узла принудительной коммутации к точке объединения электродов тиристоров анодной группы.

Сущность предложения поясняется на чертеже.

Инвертор содержит: стойки моста 1 и 2, каждая из которых собрана на тиристорах T l „

Т2, диодах Д1 и Д2 моста обратного тока с включенными между катодом тиристора Tl и анодом тиристора Т2 демпфирующим дроссслсм Др, который содержит три промежуточных отвода, крайними из которых он соединен с диодами моста обратного тока, а средний его отвод является выходным выводом инвертора; две группы З,и 4 вспомогательных тиристоров, первая из которых подключена катодами к катодам тиристоров Tl анодной группы, а вторая группа вспомогательных тиристоров подключена анодами к анодам тиристоров Т2 катодной группы; два узла з и 6 принудительной коммутации, каждый из которых содержит коммутирующие конденсаторы 7 и 8, подключенные к шинам питания инвертора через вспомогательные дросселя 9 и 10, и развязывающие вентили 11 и 12, а также подсоединенные одной обкладкой к рдному из крайних отводов коммутирующего дросселя 13 и 14 непосредственно, а к его

438 4 промежуточному отводу через коммутирующие тиристоры 15 и 16, шунгированные в обратном направлении диодами 17 и 18, при этом вторым крайним зажимом коммутирующие дросссли 13 и 14 соответственно подклю5 чены к анодам (катодам) первой (второй) группы вспомогательных тиристоров. Источник питания обозначен цифрой 19.

Рассмотрим принцип работы инвертора.

В исходном положении коммутирующие конденсаторы 7 и 8 заряжены практически до напряжения источника питания. В общем слу- чае в каждом плече инвертирования включен всегда один из силовых тиристоров. Согласно

15 очередности следования интервалов повторяемости работы мостового инвертора пусть и в первом и втором плече инвертирования открыты анодные тиристоры Тl, а в m-ом плече инвертирования открыт тиристор Т2.

Зля включения тиристора Тl, например, первого плеча инвертирования подают открывающие импульсы управления на коммутирующий тиристор !5 и вспомогательный тиристор 20.

При включении коммутирующего тиристора 15

25 к обмотке Wt коммутирующего дросселя 13 прикладывается напряжение коммутирующего конденсатора 7. Непосредственно на дросселе 13 за счет магнитной связи первой Wt и второй W> полуобмоток наводится напряжение, превышающее напряжение источника питания. Напряжение дросселя 13 прикладывается через включенный вспомогательный тиристор 20 непосредственно к катоду тиристора Т 1 и через источник питания 19 к его

35 аноду, тем самым достигается принудительное включение тиристора Т l первого плеч,> инвертирования. Выбор числа витков полу<>бмотки М> дросселя 13 проводится исходя из необходимого по величине обратного .напряжения, прикладывасмого к силовому тиристору моста, от

40 величины которого, как известно, в значительной степени зависит время восстановления тир исторо в.

При включении тири тора Т, вследствие

45 индуктивной реакции нагру .,и ток тиристора

Tl переводится в цепь дг,>да Л2. Поэтому, если он до этого протекал к выходному выводу инвертора через тиристор Tl и полуобмотки W, и W, демпфируюшего дросселя Др, то теперь к выходному выводу ток нагрузки будет протекать через диац,Д,2 и полуобмотку Wq демпфирующего дросседя Де.

При этом энергия, запасенная в обмотке Wi демпфирующего дросселя, будет трансформирована в обмотку Мl . В то жс время обмотки W>

55 и Wz будут исключать шунтирующее действие диода 31 на величину обратного восстанавлиВающего напряжения, прикладываемого к тиристору Tl.

758438

Следует отметить, что при срабатывании узла 5 коммутации может быть существенно либо принудительное выключение любого из анодных тиристоров Tl каждой стойки моста, либо одновременное выключение нескольких тиристоров анодной группы, например тиристоров Tl первой и второй стойки моста, что достигается соответствующей подачей открывающего импульса управления на коммутирующий тиристор 15 коммутационной . схемы и на один из вспомогательных тиристоров, например, на тиристоры 20 и 21.

Вернемся к дальнейшему рассмотрению электромагнитных процессов в первом узле коммутации. Начиная с момента включения тиристора 15, осуществляется колебательный перезаряд конденсатора 7 через полуобмотку

W> коммутирующего дросселя !3 да противоположной полярности. При этом с момента изменения полярности напряжения на коммутирующем конденсаторе на противоположную, заканчивается восстановление управляющих свойств тиристора Тl, а за счет обесточивания и изменения полярности напряжения на обмотках ко ммутир ую щего дросселя 13 начинается восстановление управляющих свойств вспомогательных тиристоров, в частности тиристора 20. Как только коммутируюшик конденсатор перезарядится до противоположной полярности, начинается его перезаряд до исходной полярности капряжения через ту же обмотку Nl коммутирующего дросселя 13 и через диод 17. При этом коммутирующий тиристор восстанавливает свои управляющие свойства. С момента появления исходной полярности напряжения на коммутирующем конденсаторе снимается восстанавлнвающее напряжение с вспомогательных тиристоров, а восстановление управляющих свойств коммутирующего тиристора 15 заканчивается в мо- О мент окончания перезаряда коммутирующего конденсатора до исходной полярности. По окончании перезаряда конденсатора 7 до исходной полярности осуществляется доэаряд конденсатора 7 через вспомогательный дроссель 9 и развязывающий, вентиль 11, Если обозначить напряжение на коммутирующем конденсаторе 7 в момент начала дозаряда через Ос, то можно сделать вывод о том, что это напряжение будет несколько меньшим напряжения источника питания эа счет конечной добротности дросселя 13. Поэтому при дальнейшем дозаряде конденсаторе 7 от источника питания будет иметь место только некоторое превышение напряжения на коммутирующем конденсаторе над величиной напряжения источника питакия, однако оно не будет c1шествекным из-эа того, чта разница (Š— О с) также не обосновано велика и, кроме того, контур дозаряда также имеет конечные добротности элементов. Таким, образом, практически можно говорить о том, что конечное напряжение дозаряда коммутирующего конденсатора равно величине напряженки источника питания, Следует отметить, что обычно параметры коммутирующего 13 и вспомогательного 9 дросселей рассматриваемого ткпа узла коммутации, осуществляющие последовательную коммутацию с независимым контуром дозаряда коммутирующего кондексатара (4), (Я и %, выбирают ксхо щ из условия

L9)) 1-13 ° L10)) L14з т.е. когда электромагнитные процессы в разрядкам контуре протекают как минимум на порядок быстрее чем в дозарядном контуре. При необходимости повышения частоты срабатывания узлов коммутации параметры дозарядного дросселя могут быть понижены до коммутирующего дросселя за счет использования вместо отсекающего диода отсекающего тиристора.

Аналогично описанному происссу принудительной коммутации анодных тиристоров инвертора (с помощью псрваго узла коммутации) осуществляется процесс принудитель. ного включения катодных тиристарав инвертора с помощью второго узла коммутации путем подачи импульсов управления одновременно на коммутирующий тиристор 16 и на вспомогательные тиристоры второй группы.

Наличие демпфирующнх дросселей в каждом плече инвертирования мало сказывается на внешней характеристике инвертара, так как параметры данного дросселя обычно на порядок ниже параметров коммутирующего дросселя и составляют величину 20 — 30мк Гн, в то же время, как было показано выше, они исключают шунтируюшее действие диодов моста обраткога тока на величину обратного восстанавливающего напряжения, прикладываемого к тиристорам, а также ограничивают величину параметра СЮ /0th

Формула изобретения

Автономный m-фазный мостовой инвертор напряжения, тиристоры каждой стойки которого соединены между собой через дроссель, содержащий мост диодов обратного тока, а также два узла принудительной коммутаци каждый из которых выполнен в виде цепочки из последовательно включенных раэвязывающего вентиля, вспомогательного дросселя и коммутирующего конденсатора, к обкладкам которого..через встречно-параллельно включенные коммутирующий тиристор и псре758438

Составитель Г, Мыцык

Техред R. Кастелевич

Корректор А. Гри цен ко

Редактор П. Горькова

Заказ 5649/47

Тираж 783 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР ло делам изобретений и открытий

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

Филиал ИПП "Патент™, г. Ужгород, ул. Г1роектная, 4 зарядный вен иль подключена отпайка обмотки коммутирующего дросселя, причем укаэанные цепочки подключены к шинам питания инвертора, одна обкладка коммутирую:щего конденсатора одного узла принудительной коммутации связана с точкой объединения электродов катодной группы тиристоров, а обкладка коммутирующего конденсатора второго узла принудительной коммутации связаггя с точкой объединения электродов анодной группы тиристоров инвертора, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью улучшения энергетических показателей, он снабжен

2m числом вспомогательных тиристоров, катоды тиристоров анодной группы через m вспомогательных тиристоров в непроводящем направлении подключены через обмотку коммутирующего дросселя одного узла принудительной коммутации к точке объединения электродов тиристоров катодной группы, а аноды тиристоров катодной группы через другие m вспомогательных тириоторов в проводящем направлении подключены через обмотку коммутирующего дросселя второго узла принудительной коммутации к точке объединения электродов тиристоров анодной группы.

1

Исгочники информзпии, принятьге во внимание при экспертизе

1, Забродин Ю. С., Шевченко Г. H. Инвер тора напряжения с общим коммугируюпгим

5 устройством. Труды МЭИ. Доклады научнотехнической конференции:по итогам H. и.— работ за 1966 — 67 гг., М., 1967, с. 47-65.

2. Лабунцов В. А,, Забродин Ю, С. Трансформаторный вывод избыточной энергии из контура коммутации в тиристорных инверторах напряжений. "Преобразовательная техника", выл. 9 — 10, М,, 1970.

3. Забродин Ю. С. Узлы принудительной конденсаторной коммутации тиристоров, М., "Энергия", 1974.

4. Житков М, А., Добрускин В. А. "Регулируемый трехфазный инвертор напряжения с групповой коммутацией, В сб. Современные задачи преобразовательной техники".

5. Иацг ег й. Ебес л-iacher QRe сЬs%ro МеЮВет. fur с%е GeьсМюсЦ1 ЪЕо гunge5er tr) echoer 1т-Е Ь1< гонge, àiernene zeitâcïãi$%, 1965, N 6, р. 729-733.

6. Авторское свидетельство СССР Р 284113, кл, Н 02 P 5/16, 1972.