Параллельный инвертор тока

Авторы патента:

Союз Советских

Социалистических республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 01.04.80 (21) 2928417/24-07 с присоединением заявки яе (23 } П рнормтет

Опубликовано 07. 02 ° 82 Бюллетень !ЧУ 5.

Дата опубликования описания 10.02.82 (51)M. К,л.

H 02 М 7/515 (1 Н 02 Р 13/!8

Гооуааротесиный комитет

СССР ао делам иаобретеиий и открытий (53) УДК 621.. 314. 572 (088.8) (72) Авторы изобретения

И.М. Чиженко, И.А. Курило и О.С. Яки

Киевский ордена Ленина политехническ им. 50-летия Великой Октябрьской соц революции (71) Заявитель (54) ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ ИНВЕРТОР ТОКА

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к инверторам тока, и может быть использовано при построении автономных исто ников питания, преобразователей частоты и статических компенсаторов реактивной мощности.

Известны параллельные инверторы тока, выполненные в виде тиристорного моста и компенсатора, состоящего из последовательно соединенного дросселя и встречно-параллельно включенных тиристоров (1), (21 и (3 .

Наиболее близким к предлагаемому

1S по технической сущности является инвертор, состоящий из тиристорного моста, на выход которого подключены конденсатор и компенсатор, выполненный в виде цепочки из последовательно соединенных линейного дросселя и бивентильного силового ключа и системы управления, включающей в себя задающий генератор (31), фазосдви,гающий узел (ФСУ) и первый и второй усилительно-развязывающее узлы УРУ 1 и УРУ 2 I 3j

Основным недостатком известного инвертора является значительное ухудшение гармонического состава выходного напряжения инвертора при широком диапазоне изменения нагрузки.

Возникновение искажений выходного напряжения инвертора связано с тем, что тиристорно-дроссельный компенсатор потребляет несинусоидальный ток, т.е. по отношению к выходным зажимам инвертора является как бы генератором высших гармоник тока, которые, замыкаясь в цепи нагрузки, вызывают искажения выходного напря- . жения инвертора. При этом процентное содержание высших гармонических за висит от величины угла отпирания ти" ристоров компенсатора и от диапазона его изменения, определяемого пределами изменения нагрузки инвертора.

Определяющее влияние на искажение

3 90415 выходного напряжения в однофазных схемах автономных инверторов оказывает третья гармоническая тока компенсатора. Так, если в трехфазных схемах третья гармоника тока компенсатора не поступает во внешнюю цепь вследствие соединения фазных цепей компенсатора в треугольник, то в однофазных схемах наибольшее абсолютное значение тока третьей гармоники, р генерируемое компенсатором, может достигать значительной величины, существенно искажая форму выходного напряжения (коэффициент гармоник

К„ = 26 - ЗОЖ).

Цель изобретения вЂ” улучшение гармонического состава выходного напряжения однофаэного автономного инвертора тока с компенсатором реактивной мощности при широком диапаэо- щ не изменения нагрузки.

Поставленная цель достигается тем, что параллельный инвертор тока, содержащий тиристорный мост с подклю25 ченным между его выходными выводами конденсатором и тиристорно-дроссельным компенсатором, выполненным в виде основной цепочки из последовательно соединенных линейного дросселя и уп36 равляемого ключа с двухсторонней проводимостью, например, в виде встречно-параллельно включенных: тиристоров, а также блок управления, включающий а себя задающий генератор, выход ко- .

° торого через последовательно соединен- ные фазосдаигающий узел и первый усилительно-разаязывающий узел подключен к управляющему входу ключа упомянутой цепочки и через второй усилительно-раэвяэыаающии узел вЂ” к управ40 ляющим входам тиристоров инверторного мс"та, снабжен (и - 1) числом упомянутых аналогично выполненных цепочек и блоком управления этими цепочками, состоящими из (n - 1) каналов, выходами подключенных к управляющим входам соответствующих ключей (n вЂ” 1} цепочек, первый иэ этих каналов выполнен а виде последовательно-соединенных датчика тока основной цепочки, формирователя переднего фронта этого тока, триггера со счетным и установочным входами, логического элемента 2И-НЕ, RS-триггера и усилительноразаязывающего узла, а каждый иэ по.следующих (n - 2) идентично выполненных между собой каналов содержит первый логический элемент 2И и последо4 4 аательно соединенные между собой второй логический элемент 2И-HE с прямым и инверсным входами, RS-триггер и усилительно-развязывающий узел, причем входы формирователя переднего фронта тока соединены с выходами первого усилительно-развяэыаающего узла, его первый выход .соединен с R-входом

RS-триггера первого канала и с одним иэ входов первых логических элементов 2И каждого и (n - 2) идентичных каналов, второй его выход подключен к одному из входов логического элемента 2И-HE первого канала, второй вход которого соединен с прямым выходом триггера со счетным и установочным входами, подключенными к третьему и четвертому выходам упомянутого формирователя, выход логического элемента 2И-НЕ первого канала соединен с S-входом RS-триггера этого же канала и с инверсными в одами вторых логических элемент:-в 2И-НЕ остальных (n -2) идентичных каналов, в каждом из которых выход первого логического элемента 2И соединен с R-входом

RS-триггера, при этом выход RS-триггера первого канала соединен с другим входом первого логического элемента

2И-НЕ второго канала, а в (п вЂ” 2) идентичных каналах выход RS-триггера каждого предыдущего канала соединен с другим входом первого логического элемента 2И-НЕ каждого последующего канала.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема силовой части и систе.мы управления инвертором; на фйг. 2 временные диаграммы, поясняющие принцип работы схемы инвертора; на фиг. 3 вЂ” зависимости изменения коэффициента гармоник в функции относительной величины проводимости нагрузки инвертора.

Инвеотор (фиг. 1) содержит мост на вентилях 1-4 с конденса вЂ ор 5 на выходе, а также тиристорно-дроссельный компенсатор из и цепочек равной мощности.

Основная цепочка содержит линейный дроссель 6 и силовой ключ, выполненный в виде встречно-параллельно включенных тиристоров 7 и 8, вторая и последующие цепочки содержат линейный дроссель 9 и силовой ключ, выполненный, например, на основе симистора 10. Система управления компенсатора состоит иэ датчика 11

5 9041 тока основной цепочки, формирователя 12 переднего фронта, выполненного в виде одновибраторов, триггера 13 со счетным и установочным входами логического элемента,2И-НЕ 14, 5

RS-триггера 15, усилительно-раэвязывающего узла 16, а также (n - 2) идентичных каналов, каждый из которых содержит первый логический элемент 2И 17, второй логический элемент 2И-НЕ 18 с прямым и инверсными входами, RS-триггер 19 и усилительноразвязывающий узел 20.

На фиг. 2 приведены временные ди- i5 аграммы процессов в квазиустановившемся режиме: тока в дросселе 6 основной цепочки компенсатора (а), напряжения на выходе инвертора (б), входного и выходного сигналов датчи- щ0 ка 11 тока основной цепочки (в и г), импульсов, поступающих на входы формирователя 12 переднего фронта (д и е), импульсов, поступающих на синхронизирующий вход триггера 13(з) 25 и на первый вход логического элемента 14 (ж), а также выходного сигнала триггера 13 (и).

Так как компенсатор работает совместно с инвертором тока, то для обеспечения. коммутационной устойчивости последнего при любой величине нагрузки в заданном диапазоне должно выполняться условие (О =0- -0 Ч)/Р =И1„(1) 35 где „ - реактивная мощность коммутирующих конденсаторов инвертора;

Р„ и 9 - соответственно активная и реактивная мощность нагрузки (энак плюс соответствует емкостной а минус - индуктивной нагрузке);

0 - эквивалентная реактив1Э ная мощность основной цепочки компенсатора; реактивная мощность каждой из остальных (n - 1) цепочек силовой

50 части компенсатора;

V вЂ” число включенных иэ общего числа (n вЂ” 1) цепочек при данной величине нагрузки (О 4 V(С (и вЂ” 1);

1и вЂ” заданное значение угла, эапиранин инвертора.

54 6

Иэ соотношения (1) можно получить выражение для величины V, i,е. определить число цепочек компенсатора, которые должны быть включены (отключены) при данной нагрузке для обеспечения коммутационной устойчивости инвертора.

Иэ анализа схемы силовой части инвертора (фиг. 1) и соотношения (1) следует,, что при любой мощности нагрузки, превышающей значение мощности одной цепочки, компенсатор потребляет суммарный ток, состоящий из несинусоидального тока основной цепочки и суммы практически синусоидальных токов, включенных в данный момент V цепочек. При этом процентное содержание тока третьей гармоники относительно тока первой ячейки остается таким же, как и в известной схеме, однако оно значительно уменьшается в суммарном токе, потребляемом всеми включенными в данный момент цепочками компнсатора. Отсюда следует, что суммарный ток компенсатора все менее искажается по мере увеличения общего числа и и числа включенных V цепочек компенсатора.

Схема (фиг. 1) системы управления (и - 1) силовыми цепочками компенсатора реализует описанные выше особенности работы компенсатора совместно с инвертором тока.

Так как принцип работы основной силовой цепочки в предлагаемой схеме и компенсатора в известной схеме идентичны, то здесь рассмотрим лишь принцип работы остальных цепочек силовой части компенсатора и системы управления ими, В основу работы компенсатора положено следующее.

Поскольку основная цепочка силовой части компенсатора остается постоянно подключенной (угол управления тиристорами (меняется плавно), то при изменении нагрузки изменяется соотношение реактивных мощностей в системе компенсатор-инвертор. Так как при любой величине нагрузки в заданном диапазоне должно выполнять-. ся соотношение (1), то необходимо обеспечить подключение определенного числа цепочек при увеличении нагрузки и отключение их при уменьшении последней. Пусть, например, величина реактивной мощности нагрузки будет меньше реактивной мощности од7 9041 ной силовой цепочки компенсатора.

В этом случае при включенной основной цепочке, работающей с определенным углом оС, остальные (n - 1) цепочек будут отключены. Э ому квазиустановившемуся режиму соответствуют временные диаграммы (фиг. 2).

При этом RS-триггер 15 м RS-триггеры, 19 всех (и - 2) каналов системы управления находятся в выключен- 10 ном состоянии, вследствие чего на управляющих электродах силовых ключей 10 отсутствуют управляющие сигналы. При увеличении нагрузки угол управления (фиг. 2а), длительность tS выходных импульсов датчика 11 тока (фиг. 2г), а также длительность паузы на выходе триггера 13 (фиг. 2и) уменьшаются. При угле управления о = 0 указанные длительности импуль- m сов и пауз (фиг. 2г и и) равны нулю.

При этом по входам логического элемента 14 происходит совпадение сигналов, что приводит к включенному состоянию RS-триггера 15, вследст- 2з вие чего на управляющем электроде силового ключа 10 второй цепочки появляется постоянный положительный потенциал, что приводит к подключению данной цепочки к выходу инверто- Зв ра (фиг. 1). Если после включения второй цепочки соотношение (1) не будет выполнено,. то в схеме (фиг.1) происходят процессы аналогичные описанным выше, и когда на входах логи- З ческого элемента 14 происходит совпадение сигналов, включается RS-триггер 19 первого из (n - 2) идентичных каналов системы управления, что приводит к включению третьей силовой цепочки компенсатора. Аналогичные процессы происходят до тех пор, пока не выполнится соотношение (1), т.е пока угол о((фиг. 2а) не станет в квазиустановившемся режиме больше нуля. При этом все (n - 1) силовые цепочки компенсатора включаются строго последовательно в следующем .порядке: вторая, третья, четвертая и так далее до и. При уменьшении наг

50 грузки угол управления о, длительность импульсов на выходе датчика тока, а также длительность паузы на вь ходе т,,иггера 13 увеличиваются.

При oC = 7/2 с четвертого выхода форSS мирователя 12 переднего фронта поступает сигнал на установочный вход (уставка в "0") RS-триггера 15, что приводит к erg выключению и как след54 ствие к исчезновению положительного потенциала на управляющем электроде силового ключа 1О второй цепочки .и к отключению ее от выходных шин инвертора. Если после отключения второй цепочки соотношение (1) не будет выполнено, в схеме (фиг. 1 j происходят аналогичные процессы, приводящие к выключению RS-триггеров 19 соответственно первого, второго и т.д. из (n - 2) идентичных каналов, что вызовет соответственно отключение третьей, четвертой и т.д. силовых цепочек компенсатора. Процесс отключения силовых цепочек происходит до тех пор, пока в установившемся режиме не будет выполнено соотношение (1), определяющее баланс реактивных мощностей в системе с учетом заданного узла запирания инвертора

Результаты расчетов и экспериментальных замеров (обозначены точками) коэффициента гармоник Кг = f(Y ) в функции относительной величины нагрузки приведены на фиг. 3. Кривая ( соответствует известной схеме. Кривые 11 при различном количестве цепочек и компенсатора соответствуют предлагаемой схеме (фиг. 1).

В предлагаемой схеме параллельного инвертора тока значительно улучшается гармонический состав выходного напряжения инвертора (уменьшается К„).

При этом количество силовых цепочек компенсатора и определяется отдельно в каждом конкретном случае, исходя из заданного максимального значения коэффициента гармоник, формула изобретения

Параллельный инвертор тока, содержащий.тиристорный мост с подключенным между его выходными выводами конденсатором и тиристорно-дроссельным компенсатором, выполненным в виде ос" новной цепочки из последовательно соединенных линейного дросселя и управляемого ключа с двухсторонней проводимостью, например, в виде встречнопараллельно включенных тиристор в, а также блок управления, включающий в себя задающий генератор, выход ко- торого через последовательно соединенные фазосдвигающий узел и первый усилительно-развязывающий узел подключен к управляющему входу ключа

90415 упомянутой цепочки и через второй усилительно-развязывающий узел - к управляющим входам тиристоров инверторного моста, о т л и ч а ю щ и йвЂ” с я тем, что, с целью улучшения 5 гармонического, состава выходного напряжения при широком диапазоне изменения нагрузки, он снабжен (и вЂ” 1) числом упомянутых аналогично выполненных цепочек и блоком управления 1о этими цепочками, состоящим из (л-1) каналов, выходами подключенных к управляющим входам соответствующих ключей (n - 1) цепочек, первый из этих каналов выполнен в виде после- >s довательно-соединенных датчика тока основной цепочки, формирователя переднего фронта этого тока, триггера . со счетным и установочным входами, логического элемента 2И-НЕ, RS-триггера и усилительно-развязывающего узла, а каждый из последующих (n-2) идентично между собой выполненных каналов содержит первый логический элемент .2И и последовательно соединенные между собой второй логический элемент 2И-НЕ с прямым и инверсным входами,RS-триггер и усилительноразвязывающий узел, причем входы формирователя переднего фронта тока соединены с выходами первого усилительно-развязывающего узла, его пер.вЂ” вый выход соединен с R-входом RS-триггера первого канала и с одним из входов первых логических элементов

4 10

2И каждого из (п - 2) идентичных каналов, второй его выход подключен к одному из входов логического элемента 2И-HE первого канала, второй вход которого соединен с прямым выходом триггера со счетным и установочным входами, подключенными соответственно к третьему и четвертому .выходам упомянутого формирователя, выход логического элемента 2И-НЕ первого канала соединен с S-входов RS-триггера этого же канала. и с инверсными входами вторых логических элементов

2И-НЕ остальных (n - 2) идентичных каналов, в каждом из которых выход первого логического элемента 2И соединен с R-входом RS-триггера, при этом выход RS-триггера первого кана" ла соединен с другим входом первого логического элемента 2И-НЕ второго канала, а в (n - 2) идентичных кана" лах выход RS-триггера каждого преды" дущего канала соединен с другим входом первого логического элемента

2И-НЕ каждого последующего канала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

У 183269, кл. Н 02 И 7/48, 1966.

2, Телстов Ю.Г. Автономные инверторы тока. И., "Энергия", 1978.

3. Вовалев Ф.И. и др. Стабилизиро-. ванные автономные инверторы с синусоидальным выходным напряжением. И., "Энергия", 1978.

904154

0Р

Составитель Г. Мыцык

Редактор l0. Ковач Техред М. Надь Корректор С. Щомак

Заказ 151/44

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