Автономный инвертор напряжения

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Соци алистических

Реслублик

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕИЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 280979 (21) 2823355/24-07 (51)М. Кл. с hpHcoBäHHåHHåì заявки М—

Н 02 М 7/515

Государственный комитет

С С С P но делан изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано15.06.81, Бюллетень Н9 22 (53) УДК 621,314 .572 (088,8) Дата опубликования описания 15.06.81 ) "-О.Г. Булатов, С.В. Одынь и О.Б. Одынь / ., "- .2

Московский ордена Ленина энергетический инстит тP2) Авторы изобретения (7! ) Заявитель (54) АВТОНОМНЫЙ HHBEPTOP НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электро,технике и может быть использовано для любого варианта схемы тиристорного инвертора напряжения с однофаэной и трехфазной нагрузкой.

Известны схемы инверторов с узлами коммутации, построенными на основе коммутирующей цепочки из конденс ат ора и дросс ел я (1), Однако в данных схемах увеличение фазности нагрузки приводит к увеличению количества коммутирующих конденсаторов и дросселей, снижению надежности и росту массогабаритных показателей устройства.

Уменьшить количество реактивных элементов можно посредством трансформаторного разделения коммутирующей цепочки и основных тиристоров инвертора (2), Наиболее близкой к предложенной по технической сущности является схема трехфазного автономного ин-. вертора, содержащего трехфазный мост из основных тиристоров, шунтированных .обратными диодами, параллельно каждому из которых подключены через двухоперационные тиристо! ры вторичные обмотки коммутирующего импульсного трансформатора, и однофаз ный коммутирующий тирис торный мост, тиристоры анодной группы кото рого зашунтированы обратными диодами с последовательно подключенными . к ним первичными обмотк ами указ анного импульсного трансформатора (3), Потенциальная развязка коммутирующей цепочки от основных тиристоров с помощью импульсного трансформатора и двухоперационных тиристоров в данком инверторе при минимальном числе громоздких реактивных коммутирующих элементов обеспечивает повентильную коммутацию основных тиристоров, при которой достигается хороший гармонический состав кривой выходного напряжения, а также возможность регулирования напряжения на коммутирующем конденсаторе

20 беэ введения специального регулируемого источника питания. Такое регулирование изменяет амплитуду коммутационного тока в зависимости от величины тока нагрузки, сохраняя тем самым высокий КПД устройства при малых токах нагрузки инвертора, например при холостом ходе асинхронного двигателя. Нренмуществом инвер" тора является также устранение лоЗС )кальнаго перегрева структуры комму838970 тирующих двухоперационных тирис торов, связанного с процессом сжатия анодного тока в узкий шнур при запирании посредством комбинированного выключения этих тиристоров (4) и (5) .

Недостатком данного устройства является воэможность одновременного отпирания обоих тиристоров в вентильном плече однофазного коммутирующего моста, вызванная сбоем в системе управления или эффектом

QU d+ при отпирании одного коммутирующего тиристора вентильного плеча.

Это приводит к образованию короткозамкнутой цепочки, шунтирующей источник питания инвертора и, следовательно; к срыву инвертирования, что снижает надежность работы инвертора.

Цель изобретения — повышение надежности работы инвертора за счет существенного снижения возможности закорачивания источника питающего напряжения через вентильные плечи однофазного тиристорного моста, Поставленная цель достигается тем, что в автономный инвертор напряжения, содержащий подключенный ко входным выводам мост основных тиристоров, шунтированных обратными диодами и последовательными цепочками, состоящими, каждая, из вторичной обмотки коммутирующего трансформатора и двухоперационного тиристора, причем один конец первичной обмотки трансформатора соединен с анодом дополнйтельного диода, катод которого подключен к положительному входному выводу, соединенному с анодной группой однофазного коммутирующего моста, коммутирующей (,С-цепочкой в диагонали переменного тока, снабжен дозарядным тиристором, включенным между катодной группой однофазного тиристорного моста, соединенной со вторым концом первичной обмотки коммутирующего трансформатора, и отрицательным входным выводом.

На фиг, 1 представлена принципиальная схема предлагаемого автономного инвертора напряжения в трехфазном мостовом варианте исполнения; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства на интервале коммутации.

Трехфазный инвертор с основными тиристорами 1-6, шунтированными обратными диодами 7-12 и последовательным соединением вторичных обмоток 13-18 импульсного коммутирующего трансформатора 19 с двухоперационными тиристорами 20-25 работает на трехфазную нагрузку 26 и содержит однофазный мост из коммутирующих тиристоров 27-30, к диагонали переменного тока которого подключена коммутирующая цепочка 31 из конденсатора 32 и дросселя 33, а к диагонали постоянного тока — последовательно соединенные первичная

1О

65 обмотка 34 трансформатора 19 и дополнительный низкочастотный диод

35. Между катодной группой однофазного моста и отрицательным выводом источника питания инвертора включен дозарядный тиристор 36 °

Инвертор работает следующим образом.

Пусть в начальный момент t открыты тиристоры 1, 3, и 5, а коммутирующий конденсатор 32 заряжен при положительном потенциале на правой обкладке. В момент t начинается процесс коммутации тиристора 1. Для запирания тиристора 1 подают положите. ьные управляющие импульсы на тиристоры

20, 27 и 30. Конденсатор 32 начинает перезаряжаться по контуру 32-33-3034-35-27-32 (фиг. 2, а,, а через тиристор 1 протекает ток 1 (фиг.

?, в), равный разности тока нагрузки фазы А 7А и тока указанного колебательного контура 1, прин еденного через коэффициент трансформации ко вторичной обмотке 13 трансформатора

l9 (2, фиг. 2, б). После момента ток 1 .2 становится по величине больше тока 1А и ток, равный их разности, переходит в диод 7, а тиристор 1 оказывается под обратным анодным напряжением и восстанавливает непроводящие свойства. На интервале

t до того, как ток Э спадает до величины тока 1А, подают отпирающий импульс управления на тиристор

36 и запирающий отрицательный импульс тока управления на двухоперационный тиристор 20. При отпирании тиристора

36 обмотки 34 через этот тиристор и диод 35, проводящий некоторое время в обратном направлении, подключается к источнику питания и на обмотке 13 возникает импульс напряжения с амплитудой Е5 К.„, где Ко,коэффициент трансформации, равный отношению числа витков обмотки 13 к числу витков Обмотки 34. Если

К р)1, то тиристор 20 оказывается под обратным анодным напряжением

Е (К р-l), которое совместно с импульсом отрицательного тока управ— ления приводит к комбинированному выключению двухоперационного тиристора 20.

Эквивалентная схема, приведенная к обмотке 13 трансформатора 19 на этапе выключения тиристора 20 (интервал t - tg) представляет собой последовательную цепочку, состоящую из источника питающего напряжения Ед, источника импульсного напряжения Ед.Ктр, направленного встречно-первому источнику и превышающего его по величине, проводящих в прямом направлении тиристора

36 и диода 10, по которому начинает протекать ток 1А, и проводящих на интервале - tg в Обратном направлении тиристора 20 и диода 35, 838970 причем диод 35 выбирают таким, чтобы время жизни неосновных но;сителей в его базе (это время определяет величину накопленного в базе диода 35 избыточного заряда и скорость его спада), было больше времени жизни неосновных носителей в Il-áàçå тиристора 20. Поэтому тиристор 20 первым в момент t4 Вос станавливает непроводящие снойстна в обратном направлении (фиг.. 2, е), Именно к нему в данный момент прикладывается практически все напряжение в обратном напранлении (фиг.

2 ж), так как диод 35 в момент

t4 еще имеет существенно меньшее, чем у тиристора 20 сопротивление в обратном направлении из-за оставшегося н нем избыточн .го заряда.

Импульс обратного анодного напряжения сохраняется ка тиристоре 20 до момента 5., когда заканчивается процесс снижения до равновесного значения заряда неосновных носителей в базе диода 35, накопленного но время протекания через этот диод прямого анодногс тока (интервал †; tg на фиг. 2, г). В момент

t 5 сопротивление диода 35 н обратном направлении резко увеличивается и на обмотке 13 перестает наводиться напряжение Ед- К,, =т-о приводит к поянлению на тиристоре прямого напряжения E д (фиг. 2, ж) .

Одновременно с процессом выключения тиристора 20, при отпирании тиристора 36, начинается п1. оцесс дозаряда конденсатора 32 по контуру 32-33 — 30-3С вЂ” исто-.кик питания инвертора — 27 — 32. Наличие источника напряжения н данком контуре позволяет восполнить потери энергии н коммутирующей L О-цепочке, имеющие место на интервале времени

ti з

В момент t6 ток(= 0 и тиристоры 27, 30 и 36 выключаются, после чего возможна коммутация очередного основного тиристора инвертора.

В следующий коммутационный такт сначала осуществляют отпирание тиристоров 28, 29 и двухоперационного тиристора, шунтирующего очередной запираемый основной тиристор инвертора, а затем спустя нремя задержки 1:З вЂ” — t > — t< осуществляют отпирание управлени я на двухопера.— ционный тиристор, который запирается комбинированным способом, как запирался двухоперационный тиристор

20 на предыдущем коммутационном такте. Регулирование времени позволяет, как и в противопоставляемом устройстве, производить регулирование напряжения на конденсаторе 32, а значит и амплитуды тока в коммутирующей цепочке 31, что обеспечивает минимальные коммутационные потери при работе иквертора На иэ-меняющуюся по величине нагрузку.

В данном устройстве обеспечивается подача кратковременного импульса обратного анодного напря5 жения на интервале выключения двухоперационного тиристора, поскольку совместное воздействие импульсов отрицательного тока управления и обратного анодного напряжения (так называемое комбинированное выключение тиристора) придает процессу выключения одномерный характер, что устраняет локальный перегрев р-п-р-.",-структуры, и существенно уменьшает тепловую перегрузку двух15 операционных тиристоров 20-25, благодаря чему удается в пять-восемь раэ повысить мощность, коммутируемую этими тиристорами, по сравнению с их выключением только по

2О управляющему электроду.

Преимуществом дакного устройства является существенное снижение возможности закорачивания источника питающего напряжекия через вентиль25 кые плечи одкофаэ кого коммутирующего тиристорного моста, поскольку этот мост подключен к источнику питающего напряжения не непосредственно, а -.ереэ доэарядный тиристор. Кроме

ЗО того, наличие одной первичной обмотки и трансформаторе 19 вместо двух.

1 упрощает конструкцию этого трансформатора и делает магнитную связь между его первичной и вторичными обмотками более сильной и симметричной. Это приводит к одинаковым условиям запирания основных 1-6 и коммутирующих 20-25 тиристоров, т.е. повышает надежность работы

40 инвертора.

Формула изобретения

Автономный иннертор напряжения, 45 содержащий подключенный ко входным выводам трехфазный мост основных тиристоров, шуктированных обратными диодами и последовательными цепочками, состоящими, каждая, из вторичной обмотки коммутирующего трансформатора и днухоперационного тиристора, причем один конец первичной обмотки трансформатора соединен с анодом дополнительного диода, катод которого подключен к положительному входному выводу, соединенному с анодной группой однофазного коммутирующего тиристорного моста с коммутирующей LC-цепочкой в диагонали переменного тока, о т л ud0 ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности работы, он .снабжен дозарядным тиристором, включенным между катодной группой однофаэного тиристорного моста, сое65 динекной со вторым концом первичной, обмотки коммутирующего трансформатора, и отрицательным входным выв одом, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

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

2, Авторское свидетельство СССР

9 572884 кл, Н 02 М 7/515 .1975.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке В 2766429,кл.Н 02 М 7/515, 17.05.79.

4. Аязян Р.Э. . и др. Об ограничении переключаемой мощности в р-п-р-п-. структурах .. включаемых импульсом тока управления. Физика и тех.ника полупроводников, 1971, Р 1, том. 5, с. 141-143 °

5. Булатов О.Г. Одынь С.В. Двухоперационные тиристоры с комбинированной коммутацией в режиме больших анодных токов. Электрическая промышленность. Серия Преобразовательная техника, Информэлектро, 1972, вып, 7/78, с.3-5.

838970 фсу 2

Составитель И. Жеребина

Редактор М. Хома Техред Ж.Кастелевич Корректор Г. Решетник

Заказ 4469/87

Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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