Автономный инвертор напряжения

 

(72) Авторы изобретения

О. Г. Булатов и С. В. Одынь

Московский ордена Ленина энергетичес (7I} Заявитель.(54) АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТСР НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротех нике и может быть использовано в устройствах электропривода и преобразователях частоты со звеном постоянного тока.

Известны схемы автономных инверторов напряжения с узлами коммутации основных тиристоров, построенные на основе однофазного тиристорного моста, в диагонали которого включена

30 коммутирующая цепочка из конденсатора и дросселя $1) и (2 1.

Однако в указанных устройствах имеет место общая или групповая коммутация основных тиристоров инверто15 ра, и следовательно, не обеспечивается такой гармонический состав. выходного напряжения, который достигается при повентильной коммутации тиристоров, например, методом дополнительных коммутаций на полупериоде 13 ).

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является схема автономного инвертора напряжения, содержащего трехфазные мосты основных

1тиристоров и обратных диодов, однофазный мост коммутирующих тиристоров и три коммутирующих трансформатора,. вторичные обмотки которых включены последовательно основным тиристорам соответствующей фазы инвертора, а первичные обмотки с последовательно подключенными распределительными тиристорами образуют три соединенные параллельно между собой распределительные цепочки, одни концы которых подключены к тиристорам катодной группы упомянутого однофазного моста, другие концы подключены через дозарядный тиристор к отрицательному входному выводу, а через вспомогательный диод - к положительному входному выводу. 8 данной схеме инвертора осуществляется повентильная коммутация . основных тиристоров .последовательно". го типа, которая обеспечивает хороший гармонический состав выходного напряжения, а также жесткость выход93630 ной и линейность регулировочной характеристик инвертора. Кроме того, предусмотрено регулирование начального напряжения на коммутирующем конденсаторе, а значит и амплитуды колебательного тока в коммутирующей цепочке в зависимости от величины тока нагрузки, что при работе инвертора на переменную по величине нагрузку обеспечивает экономичное расходо- 10 вание коммутационной энергии, требуемой для эапирания основных тиристоров, т.е. повышается КПД устройст ва P4)

Недостатками устройства являются сравнительно сложная схема инвертора и его неудовлетворительные массогабаритные показатели, что обусловлено наличием в инверторе трех коммутирующих трансформаторов, сердечники которых имеют воздушные зазоры.

Цель изобретения — .улучшение массогабаритных показателей и упрощение устройства.

Поставленная цель достигается тем, что s автономный инвертор напряжения, содержащий трехфазнйе мосты основных тиристоров и обратных вентилей, однофаэный мост коммутирующих тиристоров с коммутирующим конденсатороы в ди" агонали переменного тока, катодная группа тиристоров которого подключена через доэарядный тиристор к отри" цательному входному выводу, а через вспомогательный диод к положительному входному выводу, а также коммутирующий индуктивный элемент, в качестве последнего использован линейный коммутирующий дроссель, один конец которого подключен к положительному

40 входному выводу, а другой конецк анодам основных и коммутьфующих тиристоров, образующих анодные груп" пы упомянутых мостов, а в качестве обратных вентилей используют тиристо- 45 ры.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема автономного инвертора напряжения; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства 50 на интервале коммутации.

Инвертор содержит трехфазные мос" ты основных 1-6 и обратных 7-12 тиристоров, нагрузку 13, однофазный мост коммутирующих тиристоров 14-17 с ком- 55 мутирующим конденсатором 18 в диаго° нали переменного тока, к катодной группе тиристоров которого подключены анодами доэарядный тиристор 19 и вспомогательный диод 20, а к анодной группе однофазного моста подключен линейный коммутирующий дроссель 21.

Инвертор работает следующим обра эом.

Пусть в начальный момент времени

t открыты тиристоры 1, 3 и 5, а коммутирующий конденсатор 18 заряжен до напряжения Од при положительном потенциале на правой обкладке, причем, 0> 7 Ец из-за раскачки напряжения в колебательном LC-контуре, где

ЕД - напряжение источника. питания.

8 момент времени t начинается процесс коммутации тиристора 1, для чего подают отпирающие импульсы управления на тиристоры 14, 16 и 10.

При этом конденсатор 18 начинает перезаряжаться по контуру тиристор 16 диод 20 " дроссель 21 — тиристор 14 (фиг. 2 а), где Оц — напряжение на, конденсаторе 18. Период перезаряда приближенно (без учета активных потерь) выражается формулой

Т = 2ЬГС, (1) где С - значение емкости конденсатора 18;

L - значение индуктивности дросселя 21.

Так как Оо у Е результирующее напряжение в контуре дроссель 21 источник - тиристоры 10 и 1 - дроссель 21 оказывается обратным для тиристора l Анодный ток iq,! через него в момент времени t2 изменяет свое направление на обратное, а в момент

t когда восстанавливает блокирующие свойства анодный р-и переход тиристора 1, на нем появляется обратное анодное напряжение (фиг. 2 в). В момент

t ток фазы А переключается на тиристор 10 и напряжение фазы А ОА изме" няет полярность на противоположную (фиг. 2 г) практически беэ задержки относительно начала процесса. коммутации тиристора 1. Это позволяет обеспечить жесткость внешней и линейность регулировочной характеристик инвертора.

В момент tp на тиристоре 1 появляется прямое анодное напряжение, и к этому моменту времени он должен успеть восстановить непроводящие свойства.

В момент t< производят отпирание дозарядного тиристора 19 и начинается процесс дозаряда конденсатора l8

Формула изобретения

5 9363 по контуру тиристоры 18 и 19 - источник - дроссель 21 - тиристор 14. Наличие источника напряжения Eg в данном контуре позволяет восполнить потери энергии в конденсаторе 18, име- s ющие место на интервале времени . -ts.

В момент йб ток s конденсаторе 18 спадает до нуля, после чего в момент тиристоры 14 и 16 и 19 восстанавливают непроводящие свойства, а на 10 тиристоре 1 устанавливается прямое напряжение Е 1

Начиная с момента и в принципе возможна коммутация очередного основного тиристора инвертора. В следующий ts коммутационный такт сначала осуществляют отпирание тиристоров 15 и 17, а также того тиристора из числа 7-12, который обеспечивает подачу обратного анодного напряжения. на очередной 2о запираемый, тиристор инвертора, Затем, спустя время задержки и = t - t осуществляют отпирание дозарядного тиристора 19.

Регулирование интервала t поз- д воляет как и в противопоставля мом устройстве производить регулирование напряжения на конденсаторе 18,.а значит и амплитуды коммутационного тока, что обеспечивает минимальные коммутационнйе потери при работе инвертора на изменяемую по величине нагрузку.

Предлагаемое устройство характеризуется простотой и улучшенными массогабаритными показателями по сравне35 нию с известным. Это достигается использованием в качестве обратных вентилей тиристоров вместо диодов, причем данные тиристоры выполняют и функции распределительных тиристоров, обеспечивая повентильную коммутацию основных тиристоров инвертора, Применение одного линейного коммутирующего дросселя вместо трех коммутирующих трансформаторов. Из-эа подмагничива15 ния протекающим по вторичным обмот" кам током нагрузки сердечника коммутирующих трансформаторов известного устройства работают на частном цикле петли гистерезиса. Это ухудшает мас- согабаритные показатели трансформа50 торов и всего инвертора в целом. Кроме того, коммутирующие трансформаторы сложны в изготовлении, так как их сердечники должны иметь строго определенную длину воздушного Зазора для получения требуемой индуктивности L, значение которой согласно формуле (1) определяет время перезаряда

05 6 коммутирующего конденсатора и часть этого времени -продолжительность приложения к основному тиристору обратного анодного напряжения интервал

tg на фиг. 2 в). Сравнительно небольшая индуктивность 1(особенно при использовании основных тиристоров с малым временем выключения) тре бует довольно большой длины воздушного зазора, которая приводит к значительному выпучиванию магнитного потока в зазоре, Это резко затрудняет аналитический .оасчет проектируемого трансформатора и не позволяет обеспечить хорошую магнитную связь между его первичной и вторичными обмотками, которая необходима для передачи им" пульса запирающего напряжения с коммутирующего конденсатора на основ.ние тиристоры с наименьшими потерями.

В данном же устройстве коммутирующий дроссель имеет одну обмотку и может быть выполнен без ферромагнитного сердечника.

Автономный инвертор напряжения, содержащий трехфазные мосты основных тиристоров и обратных вентилей, однофазный мост коммутирующих тиристоров с комиутирующим конденсатором в диагонали переменного тока, катодная группа тиристоров которого подключена через дозарядный тиристор к отрицательному входному выводу, а через вспомогательный диод - к положительному входному выводу, а также коммутирующий индуктивный элемент, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей и упрощения, в качестве коммутирующего индуктивного элемен" та использован линейный коммутирующий дроссель, один конец которого подключен к положительному входному выводу, а другой конец - к анодам основных и коммутирующих тиристоров, образующих анодные группы упомянутых мостов, а в качестве обратных вентилей использованы тиристоры.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Японии N 47-12087, кл. 56 С 6, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР " 248827, кл. Н 02 M 7/515 1968.

3. Попков О. 3. Автономные инверторы напряжения с улучшенной формой

7 936305 кривой выходного напряжения. Дис. на соиск. учен. степени канд. техн. наук.

И., ИЭИ, 1974.

4. Авторское свидетельство СССР по заявке И 2922770/07, кл. H 02 M 7/515, 1980.

Составитель И. Жеребина

Редактор И.Иитровка Техред А. Ач Коррек гор В. Синицкая

Закаэ 4245/70 Тираж 721 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР. по делам изобретений и открытий

113035, Москва, N-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4