Способ для управления вспомогательными тиристорами низковольтного автономного инвертора напряжения

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 020780 (21) 2951118/24-07 (51) M. Кд.З с присоединением заявки ¹

Н.02 P 13/18

Государстиениый комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 150482 . Бюллетень ¹ 14 (53) УДК 6 21. 316..727 (088.8) Дата опубликования описания 150482 (72) Авторы изобретения

О. Г. Булатов, О. Б. Одынь и С. В. Одынь

Московский ордена Ленина и ордена Октябрьс энергетический институт (7i) Заявитель (54) СПОСОБ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫМИ

ТИРИСТОРАМИ НИЗКОВОЛЬТНОГО АВТОНОМНОГО

ИНВЕРТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

1 2

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в схемах тиристорных инверторов напряжения с однофаэной и трехфазной нагрузкой.

Изэестен способ для управления автономным ннвертором напряжения, основными вентилями которого являются тиристоры, заключающийся в слежении за кривой опорного напряжения, причем форма выходного напряжения ин-. вертора и связанные с ней характеристики определяются способом управления основными вентилями инвертора (1).

Недостатком данного способа является низкая надежность.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ управления вспомогательными тиристорами автономного напряжения, каждое вентнльное плечо которого представляет однофазный тиристорный мост, подключенный диагональю постоянного тока к источнику питания инвертора и содержащий в диагонали е- ременного тока коммутирующую реактивную цепочку из конденсатора и дросс еля. Одно плечо моста образуют основные тиристоры, зашунтированные об- З0 ратными диодами, а другое плечо— четыре вспомогательных (два коммутирующих и два сбрасывающих тиристора) причем коммутирующие тиристоры включены в прямом направлении по отношению к источнику питания. инвертора, а шунтирующие их тиристоры сброса - в обратном направлении. Данный способ основан на подаче отпирающего импульса тока управления на коммутирующий тиристор, подключенный к одной шине источника питания инвертора, с временной задержкой относительно момента подачи отпирающего импульса управления на сбрасывающий тиристор, подключенный к другой шине источника питания, причем продолжительность этой задержки импульсов превышает продолжительность полупериода свободных колебаний контура сброса (2), 1

Недостатком данного устройства является невысокая надежность.

Целью изобретения является повышение надежности работы инвертора при повышенном КПД в режиме изменяющегося тока нагрузки.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе управления измеряют значение тока нагрузки и формируют интервал временной эадерж921037 ки между отпирающими импульсами управления на коммутирующий тиристор, . подключенный к одной шине источника питания инвертора, и сбрасывающий тиристор, подключенный к противоположной шине источника питания, по закону, обеспечивающему неизменность длительности обратнога анодного напряжения на основных тиристорах при изменении тока нагрузки, причем максимальное значение указанной задерж- 10 ки не превышает продолжительности полупериода свободных колебаний контура сброса.

На .фиг. 1 показана принципиальная схема устройства, реализующего дан- 15 ный способ управления вспомогательными тиристорами инвертора; .на фиг.2траектории коммутационного процесса, иллюстрирующие данный способ; на фиг. 3 — семейство зависимостей за- 20 держки импульсов управления на вспомогательные тиристоры от тока нагрузки, обеспечивающих заданные значения длительности импульсов обратйого анод ного напряжения на осНоВННх тиристорах.

Автономный инвертор напряжения работает на нагрузку 1, и каждое его вентильное плечо представляет собой однофазный тиристорный мост 2, подключенный диагональю постоянного тока к источнику питания инвертора. В диагонали переменного тока мост 2 содержит коммутирующую реактивную цепочку 3 из конденсатора 4 и дросселя

5. Одно плечо моста 2 образуют основ- 35 ные тиристоры б и 7, зашунтированные обратными диодами 8 и 9, а другое плечо образуют вспомогательные тиристоры 10-13, причем два из них коммутирующие тиристоры 10 и ll — 40 включены в прямом направлении по отношению к источнику питания инвертора, а шунтирующие их сбрасывающие ти ристоры 12 и 13 — в обратном направлении. Управление вспомогательными * 45 тиристорами 10-13 осуществляют от блока 14, входящего в состав систе-. мы управления инвертором. В состав блока 14 входит формирователь 15 регулируемой задержки, который задает интервал задержки между импульсами управления, поступающими с блока 16 управления сбрасывающими тиристорами и блока 17 управления коммутирующими тиристорами,соответственно на сбрасывающие 12 и 13 и коммутирующие

10 и 11 тиристоры в зависимости от ве личины тока нагрузки, контролируемого датчиком, выходной сигнал с которого поступает на вход формирователя 15 °

Работа инвертора по данному спосо- 6О бу. управления происходит следующим образом.

Пусть в начальный момент времени открыт основной тиристор б инвертора, который нужно запереть, комму- 65 тирующий конденсатор 4 заряж н д напряжения U (О) при положительном потенциале на правой обкладке ° Ток через него не протекает. На фазовой плоскости (фиг. 2) этому состоянию конденсатора соответствует точка 1.

Здесь и в дальнейшем буквенные и цифровые обозначения со штрихами означают, что управление вспомогательными тиристорами инвертора осуществляют по предлагаемому способу, а обозначения со звездочками — по известному способу.

В момент времени 1 (которому на фазовой плоскости соответствует точ4 ка 1 с одним или несколькими штрихами) начинается процесс. коммутации.

Сначала из конденсатора 4 выводят избыточную знергию, для .чего с блока 16 подают отпирающий импульс управления на сбрасывающий тиристор 12.

Конденсатор 4,начинает разряжаться по контуру сброса, отдавая энергию в источник питания инвартора. В момент t<(точка 2 с одним или несколькими штрихами на фиг. 2) с блока 17 управления подают импульс управления на коммутирующий тиристор 10. При

его включении тиристор 12 оказывается под обратным напряжением Е и запирается, что приводит к прекращению сброса энергии из конденсатора 4 в источник питания. Интерзалу времени на фазовой плоскоСти соответствует дуга 1,2 и угол Ю (с одним или несколькими штрихами). Следует подчеркнуть, что в данном способе управления вспомогательными тиристорами угол 8 Ж, тогда как в противопоставляемом способе угол задержки 3 всегда принймает значение а .

На интервале tg - (дуга 2,3 на фазовой плоскости) конденсатор 4 перезаряжается по контуру сброса. При этом. через основной тиристор б протекает ток, .равный по величине разности Х -i где ic. - квазисинусоидально изменяющийся во времени ток и коммутирующей цепочке.3. B момент

t з возрастающий ток 1 сравнивается по величине с током нагрузки Х . В последующие моменты времени результирующий ток (i -I„) оказывается обратным для тиристора б и переключается на диод 8, после чего тиристор б оказывается под обратным анодным напряжением, равным по величи не прямому падению напряжения на проводящем диоде 8. В момент „ ток достигает своего максимального значения Х м (точка 4 на фиг.. 2), а затем начинается его спад. В момент значение тока i сравнивается с током I, после чего диод 8 закрывается, а на тиристоре б появляется прямое анодное напряжение. Таким образом, обратное анодное напряжение на тиристоре б сохраняется на интервале

921037

= — (дуга 3,5 и угол () ° (t ) ) (. О, на фазовой плоскости) . и за зто время этот тиристор должен успеть восстановить неироводящие свойства.

Протекание коммутационного процес-5 са после момента t5 зависит от соотно. шения значений напряжения источника питания Ed и напряжения на конденсато ре 4 в данный момент времени Uy.(t ).

Если Uc (t ) (Е,(, то имеет место 10 так называемый интервал полочки (например участок 5" — 6" на фиг.2), когда конденсатор 4 заряжается током нагрузки, причем I const на интервале коммутации, поскольку нагруэ15 ка .обычно имеет сравнительно большую индуктивную составляющую. Поэтому

«участок 5-6 на фазовой плоскости близок к прямой горизонтальной линии полочке ° После MGMeHTB, tg Uct Е,.(, )p диод 9 оказывается под прямым напряжением и через него на интервале

tg-t, протекает результирующий ток (I„-Х), а конденсатор 4 дозаряжается, потребляя энергию от источника напряжения Е,«1.

Если же в момент ty когда i - =Х„, выполняется неравенство Ua.()) Е,«(, то имеет место режим без полочки

7«« на фиг, 2), когда диод 9 открывается сразу же в момент te«.и начинается дозаряд конденсатора 4.

В момент tz ток ic спадает к нулю, а напряжение на конденсаторе 4 достигает своего максимального значе- 35 ния (точка 7 на фиг. 2). Оно сохраняется до начала следующего коммутационного этапа, которому на фазовой плоскости соответствует перемещение рабочей точки по траектории на нижней)0 полуплоскости,причем в установившемся режиме, при неизменном значении тока.

Х„ и угла 6 эта траектория симмет.рична относительно начала координат описанной траектории верхней полуплос 5 кости. Это означает, что Uc(t )=..

= U (t<) = U (О), т.е. от одного коммутационного такта к другому значения Uc (О) и IcN«остаются нейзменными.

Формирование заданного значения ф, иначе говоря, интервала задержкй на сбрасывающие и коммутирующие ти- ристоры «(аа, = tg-t, осуществляется с помощью формирователя 15 регулируемой задержки, входным сигналом ко торого является выходной сигнал.дат- 55 чика тока нагрузки. ФормироватеЛь 15 регулируемой задержки определяет дли. тельность указанной задержки импульсов управления t«)cc). (иначе - значение угла 8 ) в 3ависимости от величины 60 тока нагрузки I«, ïðè выбранном значении вРемени tc6>,(т.е. Угла 6 ) По закону, представленному графически на фиг. 3 в относительных единицах

8ef(I««). Данная зависимость получе- 5 на численным решением на ЦВМ системы уравнений, описывающих перемещение рабочей точки на фазовой плос" кости

«.« «К ((+ C««q dt + ljc, д пя е « -1, ВВ - t), 112

ДМЯ t%$

11 cEk AcI« t

dUc ..

Lc =С« gt 1Н СОП$ 1«ЯЯ < Йц « на которые наложен ряд условий:

1обр 5 ЙЪ = const, t)ag = t)- t -Sf LgC(«, где t,U,iz — текущие значения времени, . напряжения и тока. коммутирующего конденсатора; Е,(С« L, tq — заданные значения напряжения источника питания, емкости коммутирующего конденсатора, индуктивности коммутирую" щего дросселя и продолжительности обратного анодного напряжения на си-, ловых тиристорах; к„,z и кз - из«вестные значения эквивалентных сопротивлений, учитывающих реэистивные потери, соответственно в контурах сброса, коммутации и дозаряда; определенное значение тока нагрузки в заданном диапазоне изменения Х«,, «««««I„»««c « а ) — искомая продолжительность временной задержки импульсов управления, соответствующая определенному значению I+.

Если изменять значение угла ((. в диапазоне от О до 3, т.е. регулировать с помощью формирователя 15 в определенных. пределах временную задержку между подачей импульсов управлення на сбрасывающий и коммутирующий тиристоры и ас),, что составляет суть предлагаемого способа управления, то, как это видно на фиг. 2, положение фазовой траектории коммутационного процесса (в том числе значения И (О) и Io«««) существенно изменяется (сравни траектории 1 -7, 1 -7 и 1 -7", «««а «« соответствующие углам о, 8 и о

Это объясняется тем, что предлагаемый способ управления вспомогательными тиристорами инвертора позволяет регулировать порции сбрасываемой из коммутирующего конденсатора энергии, 921037 поскольку включение тиристора 10 служит не только для запирания основного тиристора 6, но также для прекращения сброса энергии из конденсатора 4 в источник питания.

Способ обес>печивает постоянство времени tcg> (угла 9) при различных токах нагрузки и таким образом улучшает надежность работы инвертора.

Как видно на фиг. 2 при коммутации двух разных по величине токов нагруз->О ки IH.и I (I" (I„" ) на тиристоре 6 поддерживается неизменной продолжительность импульса обратного анодного напряжения (&"=т>") . Это достигается путем соответствующего изменения с помощью формирователя 15 регулируемой задержки значения угла 8 (8" > 8>") . Так, при уменьшении угла 8 или другими словами, при уменьшении времени задержки между импульсами 2О управления на сбрасывающий и коммутирующий тиристоры t сокращается продолжительность процесса сброса энергии из иоммутирующего конденсатора в источник питания, т.е. в кон- >> денсаторе остается больше энергии, используемой затем для запирания тиристора 6, что и требуется при увеличечии тока .нагрузки. Таким же образом при уменьшении тока нагрузки можно путем увеличения времени t aj. (угла »> ) уменьшать до требуемых значений напряжение Uc (О) и ток Iq добиваясь тем самым экономичного расходования коммутационной энергии при чалых токах нагрузки. Следовательно КПД инвертора, работающего на изменяющуюся по величине нагрузку, увеличивается при использовании предложенного способа управления.

Из фиг. 2 видно, что при уменьше- 40

>нии угла 8 растет начальное напряжение на конденсаторе IJq(0) . При этом возрастают и максимальные напряжения на основных и вспомогательных тиристорах инвертора. Однако для низковольтных инверторов данное обстоятельство не является серьезным недостатком. Более того, возрастание прямого напряжения на тиристорах до olI ределенного предела может улучшить работу инвертора за счет ускорЕния переходного процесса включения тиристоров.

Таким образом, данное изобретение позволяет повысить надежность работы инвертора и улучшить его техникоэкономические показатели.

- Р

Д»»»» t 6 >-7

j. =4, й» --Ed для tet»-1

)-? и -О для

j,c3 A +Ed

Д»»>> tE te g7 с(ъ) Lc(t5) 1н j

1обР t5 t> =сотЫ; > > 2 >> k3 » I gCg где L 0, >. — текущие значения времени, напряжения и тока коммутирующего конденсатора;,т, Ai (., » заданные значения напряжения источника питания, емкости коммутирующего конденсатора, индуктивности коммутирующего дросселя и продолжительности обратного анодного напряжения на силовых тиристорах; г, 7 и Г известные значения эквивалентных сопротивлений, учитывающих резистивные потери, соответственно в контурах сброса, коммутации и дозаряда; "1 >

Формула и зобре те ния

Способ для управления вспомогательными тиристорами HHзковольтного . автономного инвертора напряжения, .каждое вентильное плечо которого представляет однофазный тиристорный мост, подключенный диагональю по-,. стоянного тока к источнику питания инвертора и содержащий в .диагонали переменного тока коммутирующую цепочку из конденсатора и дросселя, одно плечо моста образуют основные тиристоры, зашунтированные обратными диодами, а другое плечо — вспомогательные тиристоры (два коммутирующих и два сбрасывающих, включенных встречно-параллельно), заключающийся в том, что подают импульс уйравления на коммутирующий тиристор с задерж кой относительно момента подачи импульса управления на сбрасывающий тиристор, о т л и ч а ю щ и и с,я тем, что, с целью повышения надежности путем обеспечения неизменности длительности обратного анодного напряжения на основных тириаторах, измеряют значение тока .нагрузки и формируют интервал упомянутой задержки импульсов по закону, полученному из решения системы уравнений:

1 .ас (. >» Ь» ",я к Гf t(». +()c - >p > 4 с

».,= С»> „> =1Н - СОт 5 для t < (, d0c

> на которые наложены условия:

U (t) М,) Uc(ts} г(921037

Nuz.i определенное значение тока нагрузки

J в заданном диапазоне изменения %.миа.—

Ф,,,„ „, уао — искомая продолжительность временной задержки импульсов управления, соответствуюцая определенному значению 11м .

ВНИНПИ Заказ 237б/72

Тираж 719 Подписное

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

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. 3 аб роди н Ю. С . Узлы принудительной конденсаторной коммутации тиристоров. Энергия, 1974, рис. 2-11, а.

2. Там же, рис. 2-10,6.