Автономный инвертор напряжения

 

Союэ Советсини

Социалистические

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. санд-ву (22)Заявлено 17.04.80 (21) 2912143/24-07 с присоединением заявки М (23)Приоритет (51)M. Kss.

Н 02 М 7/515

Ркудзретееииый кенитет

CCCP вв делам изееретеиий и атерыти»

Опубликовано 23 ° 12 81. Бюллетень М 47

Дата опубликования описания 25. 12 .81 (53) УДК 621..314 ° 572 (088.8) (72) Авторы изобретения ь1

О.Г. Булатов, О.Б. Одынь и С.В. Оды

Иосковский ордена Ленина энергетический институт (71) Заявитель (54) АВТОНОИНЫЙ ИНВЕРТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электро, технике и может быть использовано для любого варианта схемы тиристорного инвертора напряжения с одно©a3-ной и трехфаэной нагрузкой.

Известны схемы автономных инверторов напряжения с узлами коммутации основных тиристоров, построенные на базе однофазного тиристорного моста, в диагонали которого включена коммутирующая реактивная цепочка (1) .

Устройствам свойственно значительное накопление Энергии в узле коммутации, проявляющееся в черезмерной и неконтролируемой раскачке напряжения на коммутирующем .конденсаторе от од1р ного такта коммутации к другому. В это же время подавляющее большинство инверторов такого типа. либо вообще не имеет устройства сброса избыточной коммутационной энергии (в этом случае накопление коммутационной энергии уравновешивается реэистивными потерями в контуре коммутации), 2 либо осуществляется нерегулируемый сброс энергии.

Известна также схема трехфазного автономного инвертора напряжения, содержащего трехфазный мост основных тиристоров, шунтированных обратными диодами, параллельно каждому иэ которых подключены через двухоперационные тиристоры вторичные обмотки коммутирующего трансформатора, и однофаэный мост коммутирующих тиристоров, в диагональ постоянного тока которого включена первичная обмотка упомянутого трансформатора, а в диагональ переменного тока — параллельно соединенные коммутирующая реактивная цепочка, состоящая из конденсатора и дросселя, и цепочка из двух дозарядных тиристоров, катоды которых образуют общую точку и ею подключены к отрицательному выводу источника питания инвертора 32) .

В данной схеме инвертора обеспечивается регулирование сбрасываемой в

4 источник коммутационной энергии,т.е, регулирование начального напряжения на коммутирующем конденсаторе и, соответственно, амплитуды колебательного тока в коммутирующей реактивной цепочке в зависимости от величины тока нагрузки, что является достоинством устройства, особенно при его работе на переменную по величине нагрузку, поскольку достигается экономное и регулируемое расходование коммутационной энергии, требуемой для запирания основных тиристоров, и таким путем повышается КПД устройства.

Недостатками его является относительная сложность схемы, заключающаяся в наличии большого числа (двенадцати) вспомогательных тиристоров, шесть из которых является сравнительно дорогостоящими и сложными в управлении двухоперационными тиристорами, довольно продолжительная задержка между подачеи отпирающих импульсов ,управления на коммутирующие тиристоры и появлением на запираемом основном тиристоре обратного анодного напряжения, которая снижает надежность работы инвертора, так как за этот интервал времени быстро возврастающий ток нагрузки (например, ток при резком набросе нагрузки или аварийный ток), проходящий через запираемый основной тиристор, может достигнуть значения, при котором произойдет срыв коммутации.

Наиболее близким является автономный инвертор, содержащий подключенные ко входным выводам трехфазные мосты основных тиристоров и обратных диодов, а также однофазный мост коммутирующих тиристоров с коммутирую 1им конденсатором в диагонали, причем анодная группа моста соединена с положительным входным выводом непосредственно, а катодная — через три цепочки, состоящие, каждая, из распределительного тиристора и первичной обмотки одного из трех коммутирующих трансформаторов, две вторичные обмот ки каждого из которых включены между тиристорами соответствующей фазы и соединены общим выводом с соответствующими выходным выводом и выводом переменного тока моста обратных диодов, причем обкладки коммутирующего конденсатора соединены с отрицательным входным выводом через последовательные цепочки, состоящие, каждая

55 из линейного дросселя и дозарядного тиристора Я.

Недостатком инвертора является его сложность, заключающаяся в наличии в узле коммутации трех коммутирующих трансформаторов, каждый из которых содержит по две вторичные обмотки и одной первичной, и трех распределительных тиристоров.

Цель изобретения — упрощение конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в автономном инверторе напряжения, содержащем связанный со входными выводами трехфазный мост основных тиристоров, между тиристорами каждой фазы которого включена обмотка индуктивного элемеНта со средним выводом, подключенным к соответствующему выходному выходу, обратные диоды, а также однофазный мостик коммутирующих тиристоров с коммутирующим конденсатором в диагонали, причем

1 анодная группа моста подключена к положительному входному выводу непосредственно, а катодная — через первичную обмотку коммутирующего трансформатора, а обкладки коммутирующего конденсатора подключены к стрицательному входному выводу через последовательные цепочки, состоящие каждая из линейного дросселя и дозарядного тиристора, в качестве индуктивных элементов использованы линейные дроссели, причем каждый тиристор совместно с дополнительным линейным дросселем зашунтирован обратным диодом, а вторичная обмотка коммутирующего трансформатора включена между положительным входным выводом и анодной группой трехфазного моста основных тиристоров.

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

Трехфазный мостовой инвертор с основными тиристорами 1-6 и обратны-. ми диодами 7-12 работает на трехфазную нагрузку 13, подключенную к средним выводам дросселей 14-16, и содержит однофазный мост коммутирующих тиристоров 17-20. В диагональ переменного тока этого моста включена коммутирующая реактивная цепочка 21, состоящая из коммутирующего конденсатора 22, подключенного к отрицательному

8926 входному выводу через последовательные цепочки из дозарядных тиристоров

2) и 24 и линейных дросселей 25 и 26, причем дозарядные тиристоры образуют ,своими катодами общую точку, которая соединена с отрицательными входным выводом.. В диагональ постоянного тока моста включена, первичная обмотка 27 коммутирующего трансформатора 28, вторичная обмотка 29 которого под- щ ключена между положительным входным выводом и анодной группой трехфазного моста основных тиристоров.

Инвертор работает следующим образом.

Пусть в начальный момент времени

t открыты тиристоры 1, 3 и 5, а коммутирующий конденсатор 22 заряжен до напряжения U© при положительном потенциале на правой обкладке. го

В момент i начинается процесс коммутации тиристора 1. Для выключения тиристора 1 подают отпирающие импульсы управления на коммутирующие тиристоры 17 и 20. При включении этих 2S тиристоров напряжение конденсатора 22 прикладывается к первичной обмотке 27 . трансформатора 28, а на вторичной обмотке 29 практически сразу же в момент t (если не учитывать инерцион- зв ные свойства сердечника трансформатора 28 и отпираемых тиристоров 17 и

20) наводится напряжение 0> (t„)

= Ктф g с полярностью, направленной встречно по отношению,.к напряжению источника питания инвертора E, причем в начальные моменты коммутации

U g r E<, что достигается соответствующим выбором коэффициента трансформации К трансформатора 28. Следо- 4в вательно, с момента времени t на все основные тиристоры инвертора подается в обратном направлении внешнее результирующее напряжение (0

Е ). В частности через тиристор 1 под действием этого напряжения протекает обратный анодный ток по контуру 1-29-E -10-1, скорость нараста- ния которого велика, поскольку она ограничена лишь индуктивностями расстояния обмоток 27 и 29 и динамическими характеристиками включения дио да 10. После того, как в момент анодный р-и переход тиристора 1 восстанавливает блокирующие свойства, SS на тиристоре 1 появляется обратное анодное напряжение (фиг. 2 в), а обратный анодный ток быстро спадает и практически прекращается к момен25 6 ту t<. Аналогичные процессы протекают и в других фазах инвертора, которые приводят к появлению обратного анодного напряжения на ранее проводивших ток основных тиристорах 3 и 5.

Начиная с момента t < в фазе А инвертора происходит возрастание тока в контуре 10-14-7-29-Е -10, который

4 имеет квазисинусоидальный характер с периодом

Т=2Л где С вЂ” значение приведенной ко вторичной обмотке 29 емкости конденсатора 22, а 1 ть и L — значения индук-. тивностей, соответственно, трансфор-" матора 26 и каждого из дросселей 1416, назначение которых на интервале коммутации состоит в равномерном распределении коммутационных токов между тремя фазами инвертора. Совокупность квазисинусоидальных коммутационных токов, трансформируясь в первичную обмотку 27, разряжает конденсатор 22, а по мере снижения напряжения на нем снижается и напряжение U

В момент t U>< - =Е и анодное напряжение на основных тиристорах изменяет свою полярность с обратной на прямую.

Если в качестве основных в данном инверторе используют однооперационные тиристоры, то описываемые электромагнитные процессы обеспечат в инверторе общий тип коммутации, характеризуемый запиранием всех основных тиристоров на каждом такте коммутации. В данном инверторе можно обеспечить также избирательный тип коммутации основных тиристоров, в том числе и повентильную коммутацию, которая имеет место в противопоставляемом инверторе. В этом случае в качестве основных .нужно использовать комбинированно выключаемые тиристоры.

В момент времени tg производят отпирание тиристора 24 по цепи управления, и начинается процесс дозаряда конденсатора 22 по контуру 2-26-24-Е -17-22. Наличие источника над пряжения Е в данном контуре позволяет восполнить потери энергии в конденсаторе 22, имеющие место на интервале времени

В момент tg ток в конденсаторе 22 спадает до нуля, тиристоры 17, 20 и 24 выключаются, после чего на вторичную обмотку 29 перестает поступать напряжение с перезаряженного конденсатора 22. В момент времени t 7 на основных тиристорах устанавливается напряжение, равное по величине напряжению источника питания инвертора Е .

Таким образом, вследствие гальванической развязки коммутирующего конденсатора 22 от основных тиристоров .1-6 с помощью т ;-нсформатора 28 перенапряжение на основных тиристорах инвертора появляется только на кратковременном (несколько десятков или даже единиц микросекунд) интервале времени i -i, что благоприятно ска7 э зывается на предельно коммутируемой инвертором мощности, так как известно, что тиристоры достаточно .устойчивы к кратковременным перегрузкам по напряжению, тем более, что а предлагаемом устройстве скорость нарастания прямого напряжения на основных тиристорах ограничена до сравнительно небольших величин (фиг.2 в).

Начиная с момента времени й.т возможна очередная коммутация в инверторе. 8 следующий коммутационный такт сначала осуществляют отпирание тиристоров l8 и 19, а спустя время задержки t = t 5 - t т осуществляют отпирание дозарядного тиристора 23. Регулирование интервала времени tgy позволяет как производить регулирова ние начального напряжения на конденсаторе 22, а значит и амплитуды коммутационного тока, что обеспечивает минимальные коммутационные потери при работе инвертора на изменяющуюся по величине нагрузку, формула изобретения

Автономный инвертор напряжения, содержащий связанный со входными вы892625 водами трехфазный мост основных тиристоров, между тиристорами каждой фазы которого включена обмотка индуктивного элемента со средним выводом, 5 подключенным к соответствующему выходному выводу, обратные диоды, а также однофазный мост коммутирующих тиристоров с коммутирующим конденсатором .в диагонали, причем анодная

tO группа моста подключена к положительному входному выводу непосредственно, а катодная — через первичную обмотку коммутирующего трансформатора, а обкладки коммутирующего кондненсатора

И подключены к отрицательному входному выводу через последовательные цепочки, состоящие каждая из линейного дросселя и дозарядного тиристора, о т л и ч а ю щ и.й с я тем, что, 2ô с целью упрощения, в качестве индуктивных элементов использованы линейные дроссели, причем каждый тиристор совместно с дополнительным линейным дросселем эашунтирован обратным дио2s дам, а вторичная обмотка коммутирующего трансформатора включена между положительным входным выводом и анодной группой трехфазного моста основных тиристоров.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Патент Японии Н 47-12087, кл. 56с 6, 1971.

3S

2. Авторское свидетельство СССР 572884, кл. H 02 И 7/515, 1975.

3. Авторское свидетельство СССР по зявке У 2823356/24-07, кл. Н 02 М 7/515, 1979.