Трехфазный автономный инвертор /его варианты/

 

о и и с А 1т .и е «884059

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 09.01.80 (21) 2870108/24-07 (5!) М. Кл. с присоединением заявки №вЂ”

Н 02 M 7/515

Госудорстоенный комнтет (23) Приоритет— (53) УДК 621.3!4. .572 (088.8) Опубликовано 23.11.81. Бюллетень № 43

Дата опубликования описания 23.11.81 во делам нэобретеннй и открытий (72) Автор изобретения

М. А. Альтшулер (7l ) Заявитель (54) ТРЕХФАЗНЫЙ АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР (ЕГО ВАРИАНТЫ) Изобретение относится к преобразова тельной технике и, в частности, к преобразователям энергии постоянного тока, особенно от низковольтных источников, в энергию переменного трехфазного тока.

Известны схемы преобразователей, в которых ток в каждый момент времени протекает не более чем через один вентиль (I) и (2j.

Однако инвертор тока по схеме (2) имеет значительную установленную мощность конденсаторов и реакторов.

Наиболее близким к изобретению является автономный инвертор по кольцевой схеме (2).

Однако коммутирующая способность параллельных нагрузке коммутирующих конденсаторов ограничивает выходную,мощность инвертора.

Целью изобретения является повышение выходной мощности.

Цель достигается тем, что в трехфазном автономном инверторе, содержащем шесть основных тиристоров, шунтированных обратными диодами и соединенных с первичными обмотками трехобмоточного преобразовательного трансформатора tlo кольцевой

2 схеме, причем общие точки первичных обмоток соединены со входными выводами, а также узел коммутации, который выполнен общим для всех тиристоров и состоит из двух групп коммутирующих тиристоров, каждая из которых содержит четыре тиристора, причем в одной группе анод одного из тиристоров подключен к положительному входному выводу, а катод соединен с анодами трех распределительных тиристоров, катоды которых подключены к общим точкам катодов основных тиристоров, а в другой группе анод одного из коммутирующих тиристоров соединен с катодами распределительных тиристоров, аноды которых подключены к общим точкам анодов основных тиристоров, а между анодными и катодными выводами распределительных тиристоров включена последовательная цепочка из коммутирующего конденсатора и реактора, имеющего вторичную обмотку, подключенную через обратный вентиль ко входным выводам, кроме того, последовательно

2О с обратными диодами могут быть включены дополнительные коммутирующие реакторы.

Указанная цель достигается также тем, что узел коммутации может быть выполнен

884059 в виде индивидуальных групп коммутирующих тиристоров, подключенных параллельно каждому из основных тнристоров и состоящих каждая из четырех коммутирующих тиристоров, соединенных в мостовую схему с разомкнутыми выводами постоянного тока и коммутирующим конденсатором в диагонали переменного тока, причем тирнсторы двух противоположных плеч разомкнутого моста соединены с основными тиристорами, а двух других противоположных плеч со входными выводами через реактор, имеющий вторичную обмотку, подключенную через обратный вентиль (в частности и тиристор) ко входным выводам.

При низком входном напряжении коммутирующие узлы для повышения надежности коммутации могут быть подключены к отдельному источнику повышенного на-пряжения.

На фиг. l приведена схема инвертора с общим устройством коммутации; на фиг. 2— вариант схемы инвертора с индивидуальной коммутацией; на фиг. 3 — временные диаграммы работы инверторов.

Инвертор (с общей коммутацией) содержит трехобмоточный преобразовательный трансформатор с одной вторичной (повышающей) н двумя первичными обмотками, соединенными в две одинаковые звезды. Общие точки (начала обмоток) обеих звезд 1 и 2 подключа1отся к источнику питания. В первую фазу трансформатора входят первичные обмотки 3 и 4 и вторичная .обмотка 5, во вторую — обмотки 6 — 8, в третью 9 — 11.

Основные тиристоры 12 — 17 соединены с трансформатором по кольцевой схеме.

Встречно-параллельно тнристорам подключены обратные диоды 18 — 23. Для выключения тиристоров используется коммутирующий реактор с обмотками 24 и-25 и конденсатор 26, которые тирнсторами 27 и 28 соединяются с источником питания, а через распределительные тиристоры 29 — 34 — с основными тиристорами. Вторичная обмотка 24 коммутирующего реактора подключена к источнику питания через диод 35. Нагрузка инвертора подключается .к выходу

36 — 38.

При необходимости последовательно с каждым обратным диодом может быть включен коммутирующий реактор (на фиг. 1 условно показан один нз них рядом с диодом 23), причем в этом случае обмотка 25 должна быть шунтирована диодом 39.

Кольцевой ннвертор напряжения может использоваться при длительности проводящего состояния основных тиристоров Л =

= 60 эл. град. или Х = 120 эл. град(при активной нагрузке, т. е. cosy = !}. Режим

Л = 120 предпочтителен, так как в этом режиме меньше потери и выше КПД, а форма кривой выходного напряжения ближе к синусоидальной и не зависит от cosp нагрузки (что соответствует режиму Л =- 180". мостового инвертора напряжения) . Возможно регулирование действующего значения выходного напряжения путем многократного включения и выключения основных тнрнсто.ров в течение периода.

Порядок подачи управляющих импульсов на основные и коммутирующие тиристоры инвертора с общим устройством коммутации (фиг. ) при Л = 120 н однократном включении и выключении основных тирнсторов показан на фиг. 3 сверху. На одной

1р вертикальной линии даны номера тиристоров, для которых импульсы начинаются одновременно.

Длительность импульсов на основных тиристорах должна быть 60 для нормальной работы инвертора при любых cosq нагрузки. Коммутирующие тнристоры управляются короткими импульсами.

На фиг. 3 показаны кривые выходных напряжений и токов вторичных обмоток 5, 8 и 11 для кольцевого инвертора напряже ния при нагрузке с cosy = cos 30 без учета процессов коммутации.

Прн активно-индуктивной нагрузке инвертора, в обмене реактивной энергии между фазами нагрузки и с источником питания участвуют обратные диоды. На нижнем гра фике фиг. 3 даны номера диодов и интервалы их проводимости для. того же сокр нагрузки. Когда включен диод, допустим 18, то соответствующий ему тиристор !2 выключен. Максимальная длительность работы

30 диода 60, Сумма времен проводимости диода и тиристора составляет всегда 120 . о

Искусственная коммутация происходит следующим образом.

Пусть включен тиристор 13 н требуется выключить тнристор 2. Спустя примерно эз ЗО с момента включения тиристора 13 подаются управляющие импульсы на тирнсторы 27 и 28, и конденсатор 26 заряжается от источника ннтання через обмотку реактора

25. Длительность заряда должна быть меньше 30, и к моменту окончания работы тиристора 12 тиристоры 27 и 28 должны выключиться.

Для выключения тиристора 12 подаются управляющие импульсы на тнрнсторы 29 и

30. Прн этом конденсатор разряжается (н перезаряжается) по контуру: обмотка реактора 25, тнрнстор 30, диод 18, тнристор 29, конденсатор 26, К тиристору 12 прикладывается отрицательное напряжение.

При включении тиристоров 27 и 28 напряжение на конденсаторе складывается с напряжением источника питания, н в обмотке 25 возникает столь сильное нарастание тока, что ЭДС индукции в обмотке 24 превышает напряжение питания. При этом открывается диод 35 и избыток энергии контура коммутации отдается в источник питания.

Если используются отдельные коммутирующие реакторы, включенные последова884059 тельно с обратными диодами, то заряд конденсатора и возврат избытка энергии происходит так, как уже описано, причем диод

39, подключенный к обмотке 25, закрыт, а в процессе разряда вместо обмотки 25 участвует отдельный реактор, ток в который подается через диод 39. При этом к тиристору, который требуется выключить, прикладывается напряжение конденсатора и надежность коммутации увеличивается.

Кольцевой инвертор напряжения с индивидуальной коммутацией отличается от описанного инвертора тем, что содержит шесть коммутирующих реакторов 40 — 45 (фиг. 2), включенных последовательно с обратными диодами 18 — 23, и шесть коммутирующих конденсаторов 46 — 51. Каждый конденсатор, например 46, с помощью двух коммутирующих тиристоров 52 и 53 (54 — 63) подключен к одному из основных тиристоров 12, а через другие два -тиристора 64 и

65 (66 — 75) соединен с источником питания, причем к одному из полюсов источника коммутирующее устройство подключено через обмотку 76 двухобмоточного реактора, служащего для возврата избыточной энергии контуров коммутации в источник питания, для чего вторичная обмотка 77 подключена через диод 35 к источнику (анод диода к отрицательному полюсу) .

Работа предлагаемого инвертора отличается, в основном, лишь тем, что каждый конденсатор используется для выключения только одного основного тиристора. Порядок подачи управляющих импульсов на тиристоры инвертора с индивидуальной коммутацией дан на фиг. 3 внизу. Процессы при заряде и разряде конденсаторов протекают аналогично инвертору (фиг. 1) с общим конденсатором и шестью коммутирую щими реакторами.

Инверторы с общей и индивидуальной коммутацией, как и в случае мостовой схемы, имеют каждый свои преимущества и недостатки и, соответственно, области применения. Например инвертор с индивидуальной коммутацией при однократном включении основных тнристоров за период лучше подходит для получения более высоких частот выходного напряжения, а инвертор с общей коммутацией —. для низких частот и т. п.

В том и другом инверторе для питания коммутирующего устройства может использоваться отдельный маломощный источник повышенного напряжения. В инверторе по фиг. 1 для этого анод тиристора 27 подключается к положительному полюсу этого источника, а не к точке l, в инверторе по фиг. 2 ко второму источнику подключается начало обмотки 76. Отрицательный полюс второго источника подключается к точке 2.

Вместо диода 35 можно включить тиристор, что даст возможность задержать момент начала возврата энергии из контура коммутацни. 3а счет этого можно увеличить ам плитуду напряжения на конденсаторе и автоматически поддерживать требуемую. ее величину при изменении тока нагрузки и напряжения питания.

В кольцевом инверторе среднее значение тока через вентиль вдвое меньше, чем в мостовой, при той же мощности в нагрузке и напряжении питания. Это дает воэможность либо уменьшить установленную мощность ! о вентильного блока (отказаться от параллельного соединения одинаковых вентилей), либо увеличить КПД инвертора.

Если использовать те же тиристоры и диоды, что и в мостовом инверторе, то, как показывает ориентировочный расчет, потери !

4 энергии в вентилях в кольцевом инверторе более чем вдвое меньше потерь в вентилях в мостовом инверторе. Потери в преобразовательном трансформаторе будем считать в обоих случаях одинаковыми. Тогда, если при мостовой схеме потери в вентилях сос о тавляют, допустим, 10О/о мощности нагрузки, переход в кольцевой схеме позволит повысить КПД инвертора на 50/р.

Удельный вес потерь в вентилях в общей сумме потерь, как известно, увеличивается 5 при уменьшении напряжения питания инвертора. В связи с этим особенно эффективным будет использование кольцевого инвертора напряжения ври работе с низковольтными источниками питания, в частности, с

3ОМ1 l1,-генераторами,топливнымиэлементами и др.

Формула изобретения з5 . Трехфазный автономный инвертор, содержащий шесть основных тиристоров, шунтированных обратными диодами и соединенных с первичными обмотками трехобмо-точного преобразовательного трансформатора по кольцевой схеме, причем общие

40 точки первичных обмоток соединены со входными выводами, а также узел коммутации, отличающийся тем, что, с целью повышения выходной мощности, узел коммутации выполнен общим для всех тиристоров и состоит из двух групп коммутирующих тиристо ров, каждая из которых содержит четыре тиристора, причем в одной группе анод одного из тиристоров подключен к положительному входному выводу, а катод соединен с анодами трех распределительных ти5р ристоров, катоды которых подключены к общим точкам катодов основных тиристоров, а в другой группе анод одного из коммутирующих тиристоров соединен с катодами распределительных тиристоров, аноды которых подключены к общим точкам анодов основных тиристоров, а между анодными и катодными выводами распределительных тиристоров включена последовательная цепочка из коммутирующего кон884059

5 денсатора и реактора имеюц1его вторичную обмотку, подключенную через обратный вентиль ко входным выводам.

2. Инвертор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности коммутации при низком входном напряжении, он дополнительно снабжен коммутирующим реактором, каждый из которых включен последовательно с соответствующим обратным диодом.

3. Инвертор, содержащий шесть основных тиристо1 ов, шунтированных обратными диодами и соединенных с первичными обмотками трехобмоточного преобразовательного трансформатора по кольцевой схеме, причем общие точки первичных обмоток соединены со входными выводами, а также узел коммутации, отличающийся тем, что, с целью повышения выходной мощности, указанный узел коммутации выполнен в виде индивидуальных групп коммутирующих тиристоров, подкл|оченных параллельно каждому из основных тиристоров, и состоящих из четырех коммутирующих тиристоров, соединенных в мостовую схему с разомкнутыми выводами постоянного тока и коммутирующим конденсатором в диагонали переменного тока, причем тиристоры двух противоположных плеч разомкнутого моста соединены с основными тиристорами, а двух других противоположных плеч со входными выводами через реактор, имеющий вторичную обмотку, подключенную через обратный вентиль ко входным выводам.

4. Инвертор по пп. 1 — 3, отличающийся тем, что в качестве упомянутого обратного вентиля использован тиристор.

5. Инвертор по пп. 1 — 4, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности кОммутации при низком входном напряжении, коммутирующие узлы подключены к от1 дельному источнику повышенного напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

>О № 265254, кл. Н 02 М 7/515, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР № 529532, кл. Н 02 М 7/515, 1978.

884059

12 13 1

ФигЗ

Составитель Г. Вотинцев

Редактор Н. Гунько Техред А. Бойкас Корректор Л. Бокшан

Заказ 10250/81 Тираж 733 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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