Автономный -фазный инвертор

 

ОПИСАНИЕ.

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (ii)832682

К АВТОРСКОМУ СВИДВТИЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 050379 (21) 2734418/24-07 с присоединением заявки Йо (23) Приоритет

Опубликовано 2305.81. Бюллетень М2 19

Дата опубликования описания 258581 (53)М. Кл.Р

Н 02 М 7/515

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК б21. 314., 572.(088 . 8) (72) Авторы изобретения

Э.Н. Гречко и О.И. Фирсов

Институт электродинамики AH Украинской CP (71) Заявитель (54) АВТОНОМНЫЙ а-ФАЗНЫЙ ИНВЕРТОР

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к тиристорным автономным ннверторам напряжения.

Известны тиристорные мостовые инверторы с общим узлом коммутации, осуществляющие попеременно принудительную коммутацию то анодной, то катодной группы тиристоров. Они отличаются жесткой внешней характеристикой за счет гальванической развязки коммутирующих и рабочих электромагнитных процессов .в инверторе (1) и (2).

Однако в таких инверторах напряжение источника питания в момент разряда конденсатора узла коммутации прикладывается к зажимам последовательной индуктивностн на входе, что приводит к увеличению тока, отбира-. емого от источника и циркулирующего в основных тиристорах,усложнению узла коммутации за счет введения различных цепей сброса избыточной энергии коммутации и сложности устаыовки, защиты инвертора по току.

Недостаток заключается также в пониженной помехоустойчивости схемы в связи.с появлением повышенных напряжений на коммутирующей индуктивности, превышающих величину напряжения питания инвертора.

Известны также инверторы с узлами коммутации, осуществляющими попеременную групповую коммутацию анодной и катодной группы тиристоров, реализующие последовательную коммутацию с независимым контуром перезарядл

1О коммутирующего конденсатора (3 ) и 4 ).

Однако, содержащиеся в силовой цепи этих инверторов, коммутирующие дроссели обтекаются рабочим током нагрузки, что приводит к дополнительным потерям и снижению жесткости внешней нагрузки.

Недостатком этих инверторов является также необходимость выбора пря- . мого напряжения силовых тиристоров, равного двойному значению источника

2О.питания, так как в момент начала перезаряда коммутирующего конденсатора до исходной полярности к закрытому силовому тиристору прикладывается двойное прямое напряжение, что ухуд25 шает помехоустойчивость и снижает надежность работы устройства.

Наиболее близким к изобретению является m-фазный автономный ннверTopi тиристоры каждой стойки кОторого соединены между собой через дрос832682 сели, содержащие мост диодов обратного тока, а также 2m вспомогательных тиристора и два узла принудительной коммутации, каждый из которых .выполнен в виде цепочки из последовательно включенных развязывающего вентиля, вспомогательного ° дросселя и коммутирующего конденсатора, к обкладкам которого через встречно-параллельно включенные комМутирующий тиристор и перезарядный вентиль подключена отпайка коммутирующего дросселя, причем укаэанные цепочки подключены к шинам питания инвертора, одна обмотка одного комму-. тирующего конденсатора первого узла принудительной коммутации связана с точкой объединения электродов ка- тодной группы тиристоров, а обкладка коммутирующего конденсатора второго узла принудительной коммутации связана с точкой объединения электродов анодиой группы тиристоров инвертора, а также 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 че- рез другие m вспомогательных тиристоров в проводящем направлении подключены через обмотку коммутирующего дросселя втОрого узла принудительной коммутации к точке объединения электродов тиристоров анодной группы. Известный инвертор с двумя узлами принудительной. коммутации, соответственно для анодных и,катодных тиристоров реализует последовательную коммутацию с независимым контуром перезаряда коммутирующего конденсатора 5).

Недостатками известного инвертора являются повышенное число обмоточных элементов, увеличенные массо-габарит-. ные показатели и низкая технологичность производства инверторов. Так, в инверторе предусматривается в демпфирующих дросселей, которые введены с целью исключения шунтирующего дей- ствия диодов моста обратного тока на .величину обратного восстанавливающе го напряжения, прикладываемого к силовым тиристорам, а также ограничения величины параметра на силовых тиристорах dU/dt. .Повиаенная технологичность и массо-габаритные показатели,инвертора связаны прежде" всего с тем, что демпфирующие дроссели выполняются с тремя промежуточныии от" водами, четыре полуобмотки которых с целью эффективного вывода избыточной энергии через диоды моста обратного тока в цепь источника питания должны иметь высокую магнитную вза- . имосвязь. Кроме того, в процессе сброса запасенной энергии из-за из менения полярности напряжения на зажимах демпфирующих дросселей, несмотря на их кратковременность, силовые тиристоры следует выбирать исходя из двойного прямого напряжения источника питания, что приводит к росту установленных мощностей полупроводниковых элементов инвертора.

10 в области высоких. частот он снабжен двумя вспомогательными диодами, а двухобмоточные дроссели снабжены дополнительными обмотками, каждая из которых последовательно с одним из вспомогательных диодов в непровопяЦель изобретения — уменьшение мас.со-габаритных показателей инвертора и улучшение его технологичности.

Поставленная цель достигается тем, что автономный инвертор, содержащий тиристорный m-фазный мост и диодный

m-фазный мост обратного тока, два . узла принудительной коммутации, каж15 дый иэ которых выполнен в виде цепочки из последовательно включенных развязывающего вентиля, вспомогательного дросселя и коммутирующего конденсатора, точка соединения одной

Щ обкладки которого со вспомогательным дросселем через встречно-параллельно включенные коммутирующий тиристор и перезарядный вентиль подключена к отпайке обмотки коммутирующего дросселя, а указанные цепочки подключены к входным выводам, причем вторая обкладка коммутирующего конденсатора совместно с одним крайним выводом коммутирующего дросселя первого узла коммутации соединена с отрицательным входным выводом, а вторая обкладка коммутирующего конденсатора совместно с одним крайним выводом коммутирующего дросселя второго узла коммутации соединена с положительным входным выводом, а также

2m вспомогательных тиристоров, причем катоды тиристоров анодной группы моста через а вспомогательных тиристоров в непроводящем направлении

40 подключены к второму крайнему коммутирующего дросселя первого узла коммутации, а аноды тиристоров катодной группы моста через другие m вспомогательных тиристоров в прово4 дящем направлении подключены к второму крайнему выводу коммутирующего дросселя второго узла коммутации, два демпфирующих дросселя, снабжен двумя вспомогательными диодами, а демпфирующие дроссели выполнены двухобмоточными, одни обмотки которых включены между входными выводами и тиристорным мостом и шунтированы вспомогательными диодами, включенными в обратном направлении, à выводы постоян55 ного тока тирис рного, ста сое „нены с выводами постоянного тока через вторые обмотки демпфирующих дросселей.

Кроме того, при работе инвертора

832682 щем направлении подключена к .входным выводам.

На фиг. 1 .изображена схема ицвертора, на фиг. 2 — то же, для работы в области высоких частот, на фиг. 3 то же, вариант выполнения.

Инвертор содержит m-фазный мост на тиристорах 1-6; .диоды 7-12 моста обратного тока; две группы 13 и 14 вспомогательных;тиристоров, первая из которых на тиристорах 15-17. подключена катодами к катодам тиристоров 1-3 анодной группй, а вторая группа вспомогательных.тиристоров 1820 подключена анодами. к анодам тиристоров 4-6 катодной. группы"два уз- 5

/ ла 21 и 22 принудительной коммутации, каждый иэ которых содержит коммутирующие конденсаторы 23 и 24, подключенные к входным выводам через вспомогательные дроссели 25 и 26 и развя- 2О зывающие вентили 27 и 28, а также подсоединенные одной обкладкой к одному крайнему выводу коммутирующего дросселя 29 и 30 непосредственно, а к его промежуточному отводу — через, 5 коммутирующие тиристоры 31 и 32, шун-:... тированные в обратном направлении диодами 33 и 34, при этом вторым крайним выводом коммутирующие дроссели 29 и 30 соответственно подключены к анодам (катодам) первой (вто- . З рой) группы вспомогательных тиристоров, источник 35 питания, обмотки

36 и 37 демпфирующих дросселей, через которые тирнсторный мост подключен к шинам источника питания, обмотки 38 и 39 демпфирующих дросселей, через которые диодный мост обратного тока подключен к выводам постоянного тока тиристорного моста, вспомога-! тельные 40.и 41 диоды,.шунтирующие, 4Q обмотки демпфирующих дросселей.

При работе в области высоких частот (фиг. 2) демпфирующие дроссели с обмотками 36 и 37 снабжены допол-. нительными обмотками 42 и 43, каждая 45 иэ которых последовательно с одним из вспомогательных диодов 44 и .45 в непроводящем направлении вКлючена между входными выводами.

В исходном положении коммутирующие конденсаторы 23 и 24 заряжены практически до напряжения источника питания. В общем случае в каждом плече инвертирования включен всегда один из силовых тиристоров.

Согласно очередности следования интервалов повторяемости работы мостового инвертора пусть открыты тиристоры 1, 2 и 6. Для выключения тиристора 1 подают открывающие импульсы управления на коммутирующий тиристор 31 щ и вспомогательный тиристор 15. При включении коммутирующего тиристора

Ф Ф

31 к одной иэ обмоток коммутирующего дросселя 29 прикладывается напряжение коммутирующего конденсатора 23. Непосредственно на дросселе 29 эа счет магнитной связи первой и второй по" луобмоток наводится напряжение, пре» вышающее напряжение источника пита- ния. Напряжение дросселя 29 прикладывается через включенный вспомогатеЛь.ный тиристор 15 непосредственно к катоду тиристора 1 и через источник

35 питания и вспомогательный диод

40 к его аноду. Тем самым достигает ся принудительное выключение тиристора 1. Вследствие индуктивной реакции нагрузки ток тиристора 1 переводится в цепь диода 7. Так как диод

7 моста обратного тока включен параллельно выключенному тиристору 1 через обмотку 38, исключается шунтирующее действие диода 7 на величину обратного восстанавливающего напряжения, прикладываемого к тиристору 1.

Коммутирующий конденсатор 23 колебательно переэаряжается до противоположной полярности напряжения, а затем через Первую обмотку коммутирующего дросселя 29 .и диод 33 до исход.ной полярности напряжения, после че.го осуществляется дозаряд конденсатора 23 через вспомогательный дроссель ,25 и раэвязывающий вентиль 27 до величины напряжения источника питания.

При этом по мере разряда и перезаряда конденсатора 7 восстанавливают управляющие свойства в"помогательный тиристор 15 и коммутирующий тиристор 31.

При срабатывании узла 21 коммутации может быть осуществлено либо принудительное выключеиие любого иэ анодных тиристоров 1-3 каждой стойки моста, либо одновременное выключение нескольких тиристоров анодной группы, например тиристоров 1 и 2, что достигается соответствующей подачей открывающих импульсов. управления на коммутирующий тиристор 31 и на тиристоры 15 и 16.

Аналогично осуществляется процесс принудительного выключения катодных тиристоров с помощью второго узла коммутации путем подачи импульсов управления одновременно на коммутирующий тиристор 3". и вспомогательные тиристоры 18-20 второй группы.

Параметры демпфирующих дросселей

36 и 37 связаны только с ограничением величины 40/dt на силовых тирис: торах инвертора, и так как .энергия, эапасаемая ими, незначительна, сна рассеивается на диодах 40 и 41. Назначением диодов 40 н 41 также является беспрепятственный перевод мощности из цепи нагрузки в цепь источника питания, а также через диоды

40 и 41 прикладывается обратное восстанавливающее напряжение к силовым тиристорам инвертора, минуя демпфирующие дросселн.

Назначением обмоток 38 и 39 демпфирующих дросселей является исклю832682 чение шунтирующего действия диодов моста обратного тока на .величину об ратного восстанавливающего напряжения, прикладываемого к тиристорам.

В то же время на участках проводимости диодов моста обратного тока, вызванных обменом реактивной мощности между фазами нагрузки, энергия в обмотках 38 и 39 демпфирующих дросселей связана только с величиной проходящих токов, а не с длительностью участков их проводимости. Так как индуктивности обмоток 38 .и 39 имеют малый порядок (около 10 мкГ), запасаемая энергия в обмотках 38 и .39 дросселей за счет магнитной связи переводится в первые обмотки, после чего рассеивается на диодах 40 и 41.

При работе инвертора и области высоких частот энергию, накапливаемую в первичных и вторичных Обмотках демцфирующих дросселей на участках комму- 20 тации, переводят в источник питания с целью улучшения энергетических показателей инвертора. Это осуществляется (фиг. 2) введением дополнительных обмоток 42 и 43 дросселей, которые через вспомогательные диоды 44 и 45 подключены к входным выводам.

Причем сброс энергии производится, как с первых,так и со вторых обмоток демпфирующих дросселей. Если числа витков первых и вторых обмоток выби раются, например, равными, выбором числа витков на дополнительных обмотках дросселя (целесообразно их выби- рать в соотношении 1:3 и 1:51ограничиваются величины перенапряжений в момент сброса энергии на силовых тиристорах и диодах моста обратного тока.

В некоторых случаях вместо вторых обмоток демпфирующих дросселей могут 40 быть включены резисторы 46 и 47 (фиг. 3). Величины резисторов выбира-, ются небольшие, так как на них рассеивается незначительная мощность, связанная в основном с осуществле- 5 нием принудительной коммутации силовых тиристоров.

Формула изобретения

1. Автономный m-фазный инвертор, содержащий связанные с входными выводами тиристорный m-фазный мост и диодный m-фазный мост обратного тока, два узла принудительной коммутации кадй из которых выполнен в 55 виде цепбчки из последовательно включенных развязывающего вентиля, вспомогательного дросселя и коммутирую- . щего конденсатора, точка соединения одной обкладки которого со вспомогательным дросселем через встречно-ria- 60 раллельно включенные коммутирующий тиристор и переэарядный вентиль подключена к отпайке обмотки коммутирующего дросселя, а указанные цепочки подключены к входным выводам, причем вто- 5 рая обкладка коммутирующего конденсатора совместно с одним крайним выво- дом коммутирующего дросселя первого узла коммутации соединена с отрицательным входным выводом, а вторая обкладка коммутирующего конденсатора совместно с одним крайним выводом коммутирующего дросселя второго узла коммутации соединена с положительным входным выводом, а также 2m вспомогательных тиристоров, причем катоды тиристоров анодной группы моста через

m вспомогательных тиристоров в непроводящем направлении подключены к второму крайнему выводу коммутирующего дросселя первого узла коммутации, а аноды тиристоров катодной группы моста через другие m вспомогательных тиристоров в проводящем направлении подключены к второму крайнему выводу коммутирующего дросселя второго узла коммутации, двЬ демпфирующих дросселя, отличающийся тем, что, с целью уменьшения массо-габаритных показателей и улучшения технологичности, он снабжен двумя вспомогательными диодами, а демпфирующие дроссели выполнены двухобмоточными, одни обмотки которых включены между входными выводами и тиристорным мостом и шунтированы вспомогательными диодами, включенными в обратном направлении, а выводы постоянного тока тиристорного моста соединены с выводами постоянного тока через вторые обмотки демпфиру :::щих дросселей.

2. Инвертор по и. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что при работе инвертора в области высоких частот, он снабжен двумя вспомогательными диодами, а двухобмоточные дроссели снабжены дополнительными обмотками, каждая иэ которых последовательно с одним из вспомогательных диодов в непроводящем направлении подключена к входным выводам.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Забродин Ю.С. и Шевченко Г.Н.

Инверторы напряжения с общим коммутирующим устройством. Труды МЭИ, "Доклады научно-технической конференции по итогам научно-исследовательских работ за 1966-67 гг". М., 1967, с. 47-65.

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

3. Житков М.A. и Добрускин В.А.

Регулируемый трехфазный инвертор напряжения с групповой коммутацией.

Сб. "Современные задачи преобразовательной техники", Киев, "Наукова думка", 1975.

4. Авторское свидетельство СССР

Р 284113, кл. Н 02 Р 5/16, 1969.

5. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2618985/07, кл. Н 02 М 7/515, 1978.

832682

Фиг. f

47

Фиг. Я

Составитель И. Жеребина

Техред Т. Маточка Корректор A. Гриценко

Редактор Г. Кацалап

Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 3750/75

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4