Трехфазный инвертор

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ау (22) Заивлено 30.04.81 (21) 3281437/24-07 с присоединением заявки № (51)М. Кл.

Н 02 M 7/515

Гоеудорственнык комитет (23) Приоритет

Опубликовано 07.01.83. Бюллетень № (53) УДK 621.314..572(088.8) пв делам изобретений и открытий

Дата Ьпубликования описания 07.

И. И. Кантер, И. И. Артюхов, Н. g. Яитятвтан. и С. Н. Лихоманов

Е ..I

Саратовский ордена Трудового Красного

Знамени политехнический институт (72) Авторы изобретения (7I) Заявитель (54) ТРЕХФАЗНЫЙ ИНВЕРТОР

Изобретение относится к силовой пре- образовательной технике и может быть использовано для питания трехфазным стабилизируемым (регулируемым) напряжением .потребителей с изменяющимися в широких пределах параметрами. 5

Известен трехфазный инвертор, содер» жащий мост основных тиристоров с конденсаторами в диагоналях переменного тока, сглаживающий реактор, две обмотки которого подключены между входными выводами инвертора и выводами постоянного тока моста основных тиристоров, а также два моста регулирующих тиристоров, подключенных выводами .переменного тока к выходным выводам инвертора, при!

5 чем между выводами постоянного тока этих мостов включены обмотки компенсирующего реактора, а обмотки сглаживающего и компенсирующего реакторов расположены на одном ферромагнитном сердечнике (1) .

К недостаткам этого устройства сле»дует отнести сложность и значительные

2 массу и габариты за счет наличия боль» шого количества управляемых вентилей.

Известен также трехфазный инвертор, в котором устройство стабилизации выходного напряжения выполнено в виде обрат» ного управляемого выпрямителя, выводы постоянного тока которого через реакторы подключены к входным зажимам инвертора. Данный инвертор обладает жесткой внешней характеристикой при таком способе управления вентильной системой, при котором управляющие импульсы на тиристоры инверторного моста и обратного выпрямителя подаются с некоторым наперед заданныМ фиксированным сдвигом.

Это позволяет существенно упростить систему управления инвертором за счет ис»ключения из ее состава ряда спожных узлов, что приводит к повышению функцио нальной надежности устройства. в целом (2).

Однако этот инвертор обладает также рядом недостатков, к которым прежде всего необходимо отнести значительные

3 9877 потери холостого хода, что при резкопеременном характере нагрузки приводит к увеличению расхода электроэнергии.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является трехфаз-. ный инвертор, содержащий мост основных тиристоров с сглаживающим реактором в цепи постоянного тока и коммутирующими конденсаторами в диагоналях переменного тока, параллельно которым через встречнс10 параллельно соединенные регулирующие тиристоры подключены компенсирующие реакторы (3 ).

Статические и динамические характеристики такого инвертора в значительной степени. зависят от принятого способа управления вентильной системой и от характеристпк системы автоматического регу лировапия, осуществляющей изменение фазы управляющих импульсов тиристоров устройства компенсации реактивной мощности в функции параметров выходного напряжения. Получение жесткой внешней характеристики связано с применением в системе автоматического регулирования звеньев с большими коэффициентами передачи, что усложняет схему управления и в ряде случаев приводит к нарушению устойчивости замкнутой системы регулирования.

Повышение жесткости внешней характеристики инвертора по схеме (3)и улуч шение его,динамических характеристик может быть достигнуто за счет уменьшения индуктивности компенсирующих реакторов и соответствующего уменьшения угла проводимости регулирующих тиристоров при ьпшимальной загрузке инвертора. Однако зто сопровождается ухудшением. использования тиристоров по току и уве40 личением содержания высших гармоник в кривой выходного напряжения.

Цель изобретения — улучшение энергетических характеристик инвертора.

Поставленная цель достигается тем, что в трехфазном инверторе, содержащем

45 мост основных тиристоров с сглаживаю|цим реактором в цепи постоянного тока и коммутирующими конденсаторами в диаг налях переменного тока, компенсирующие реакторы и регулирующие тиристоры, пос- о ледние соединены последовательно-встреч,но и анодами подключены к выводам пе ременного тока моста основных тиристоров, при этом обмотки компенсирующих реакторов размещены на одном магнитсi-: >> проводе и одноименными зажимами подключены к точкам соединения катодов ре,гулирующих тиристоров, другие зажимы обмоток компенсируюишх реакторов соединены с соответствующими выводами переменногб тока моста основных тиристоров.

Другое отличие состоит в том, чтообмотки сглаживающего и компенсирующих реакторов размещены на одном ферромагнитном сердечнике., На фиг. 1 показана схема предлагае мого инвертора; на фиг. 2 и 3 поясняется его 7 ; на фиг. 4 и 5 показаны преимущества предлагаемого инвертора перед прототипом.

Трехфазный инвертор содержит мост основных тиристоров 1 - 6 с конденсатоюами 7 — 9 диагоналях переменного тока, регулирующие тиристоры 10 — 15 и реактор 16,обмотка 17 которого включена между анодами тиристоров 1, 3, 5 и положительным входным выводом.

Регулирующие тиристоры 10 - 15 соединены последовательно-встречно и анодами подключены к выводам переменного тока моста основных тиристоров l—

6, при этом к точкам соединения катс дов регулирующих тиристоров 10 - 15 подключены одноименные зажимы обмоток 18 - 20 реактора 16, другие зажимы которых соединены с соответствующими выводами переменного тока моста основных тиристоров 1 - 6.

Трехфазный инвертор работает следующим образом.

Мост основных тиристоров 1 — 6, управляемый системой узких,. сдвоенных через 60 зл. град. импульсов, формирует (фиг. 2) на коммутирующих конденсаторах 7 -, 9 трехфазную систему напряжений, по форме близких к синусоидальным.

Кроме этих напряжений на фиг. 2 представлены также графики Йазных токов 1, А инверторного моста 1 — 6, и 3 Ц и токов обмоток 18 — 20 реактора 16, являющихся компонентами фазных токов

A ° 8 -с

1 ..., 1 к, 1 компенсирующего устройства (КУ).

Величина напряжений V > = О., U

= U«U<> — 0 > при неизменном входном напряжении и при условии, что коммутация тока с тиристора на тиристор протекает мгновенно, определяется величиной угла запирания, которая в свою очередь зависит от параметров цепи переменного тока, включенной на выходе инвертора. В эту цепь входят нагруз-ка (не показана), конденсаторы 7 — 9 и некоторый эквивалент индуктивного сопротивления,ооразованный обмотками 18—

20 реактора и соединенными с ними соот35

5 987 ветствуюшим образом регулирующими тиристорами 10 - 15. Конденсаторы 7 — 9 обеспечивают компенсацию реактивной мощности нагрузки и коммутацию тиристо-. ров 1 - 6. КУ (реактор 16 - тиристоры

lO - 15) осуществляет измеьение баланса реактивной мощности в системе инвертор - нагрузка таким образом, чтобы обеслечивалось..поддержание выходного напряжения в заданных пределах. Изменение реак- 0 тивной мощности, потребляемой КУ, осуществляется изменением фазы управляющих импульсов регулирующих тиристоров

10 - 15 относительно. фазы переменного напряжения на выходе инвертора (на кон- 5 денсаторах 7 - 9).

Тиристоры 10 - 15 управляются узкими одиночными импульсами. смещенными по фазе относительно друг друга на 60 . эл. град. При смешении управляющих импульсов на угол d. в сторону опережения относительно момента прохождения соответствующего линейного напряжения через нулевое значение проис - ° ходит поочередное (в соответствии с указанной на чертеже нумерацией) включение регулирующих тиристоров 10 — 15.

Если,oh< 30 эл. pap.,Yî после отпирания тиристоров 10 - 15 в обмотках 1820 реактора 16 формируются импульсы тока, имеющие длительность 2 cL При этом величина реактивной мощности Я, потребляемой КУ, может быть найдена, по формуле (2а - Sin 2oL), Зи, Т-ю Е. ! где (J - действующее значение линейи ного напряжения;

Ж вЂ” круговая частота инвертирова« . ния;

- собственная индуктивность обмоток 18 - 20 реактора 16; о — угол управления.

При Д, ) 30 эл. град. включение очередного регулирующего тиристора происходит только при включении следующего (согласна принятой на фиг. 1 нумерации) регулирующего тиристора.

Так, например, при включении тирйстора

10 напряжение 0 „на конденсаторе 9 прикладывается к тиристору 15 в запирающей полярности. После коммутации тиристоров 15 и 10 (линейная схема замещения этого момента представлена

55 на фиг.За); тиристор 10 находится в проводящем состоянии до момента подачи отпирающего импульса на тиристор 11.

763 6

Напряжение на тиристоре ll при этом может быть найдено из следующего уравнения: ((+ go+ +Ц:д = О д "чо= э = ) е= (яь.

Эти уравнения соответствуют схеме замещения, показанной на фиг, 36)

Непосредственно перед моментом подачи управляющего импульса на тиристор

11 а ря ния .Ося, и ОЛв им следующую полярность: 0 < О, 0 < О, в результате чего 0 . )О, что делает возможной коммутацию тиристоров 1Ои 11

При aL > 30 эл. град. длительность интервала проводимости регулирующего г тиристора составляет 60 зл. град. независимо от величины о, причем при заданном сС основное влияние на величину реактивной мощности, отбираемой. КУ от конденсаторов 7 — 9, оказывает величина активного сопротивления Я с, «нтура компенсации, т.е.

2 5 п Ы >o ) °

Я Rq

Из последней формулы видно, что в силу малости величины Я, крутизна регулировочной характеристики КУ, под которой понимается зависимость величины

0 от угла oL, при ot.) 30 эл. град. существенно больше, чем при с < 30 зл. град. Благодаря этому устройство управления инвертором может быть настроено таким образом, что КУ будет производить отбор реактивной мощности от конденсаторов 7 - 9 только при таких параметрах нагрузки, когда угол запирання р больше некоторого наперед заданного значения )Ъ, Из фиг. 2 следует, что отпиран1 регулирующего тиристора происходи г с задержкой Е относительно момента включения %-го тиристора инверторио

ro моста,при этом величины aL и р оказываются связанными соотношением + g y2PO+P

Для того, чтобы КУ проиводило отбор реактивной. мощности от конденсато ров 7 - 9 начиная с p = p ., величийа фазового сдвига Е должна быть выбрана таким образом, чтобы при Ь = угол управления o(, бьш равен 30 эл.

rpgg. Из этого условия имеем

Я=90 +p . И цапее О =ЭО +P-P<.

Последнее выражение показывает, что при номинальной нагрузке инвертора, ко да Ь а ф „, угол управления aL < 30 зл. град. Амплитуда импульсов тока ком пенсации в этой области может быть

7 9877 сделана сколь угодно малой соответствующим выбором индуктивности l„q . При )f5 крутизна регулировочной харакг теристики КУ зависит в основном от активных потерь контура компенсации, что позволяет получить жесткую внешнюю характеристику инвертора без применения автоматических устройств, управляющих

КУ в функции параметров выходного напряжения. Последнее обстоятельство обус- 1О ловливает высокую функциональную надежность инвертора, так как при Е

=cons% существенно упрощается система управления и устраняется зависимость статических и динамических характеристик инвертора от параметров системы автоматического регулирования, Введем следующие обозначения: t/ — ианряженне исто ника питания 3 —

1 коэффициент загрузки инвертора, который определяется следующим образом; Н @с где 5 > — полная мощность нагрузки;

- реактивная мощность коммути- рующих конденсаторов 7 — 9.

Зависимости относительной величины выходного напряжения О, t U 1 от коэффициента загрузки для различных значений параметра р,. представляют собой внешние характеристики инвертора. Для предлагаемой схемы инвертора эти характеристики на фиг. 4 показаны сплошными линиями. На этом же рисунке для сравнения пунктирными линиями изображены внешние .характеристики инвертора по схеме (3) > которые построены для различных значений параметра

В,=ы L C где С - емкость конденсаторов 7 - 9.

При равных требованиях к точности стабилизации выходного напряжения коэф о фициент усиления контура управления тиристорами КУ в предлагаемой схеме будет в 10 — 30 раз меньше такового для устройств, управляющих тиристорами КУ в ггггверторе (31Структура КУ в предлагаемом инверторе такова, что потребляемый им ток при о 7 30. эл. град. по форме аналопичен фазному току трехфазного мостового выпрямителя. Вследствие этого коэффициент

63 8 несинусоидальности кривой выходного напряжения инвертора по предлагаемой Схеме во всем диапазоне допустимых нагрузок не превышает 7%.

Последнее подтверждается фиг. 5, где приведены графики зависимостей коэффициента несинусоидальности выходного напряжения от коэффициента загрузки B для различных значений параметра 0С . Для сравнения укажем, что коэффициент неси нусоидальности кривой выходного:.напряжения инвертора по схеме j3)a режимах ра боты, близких к холостому ходу, составляет 10 — 15%.

Формула изобретения

l. Трехфазный инвертор, содержащий мост основных тиристоров со сглаживающим реактором в цепи питания и конденсаторами в диагоналях переменного тока, регулирующее тиристоры и компенсирующие реакторы, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью улучшения энергетических характеристик, регулирующие тиристоры соединены последовательно-встречно и анодами подключены к выводам переменного тока моста основных тиристоров, причем обмотки компенсирующих реакторов размещены на одном магнитопроводе и одноименными зажимами подключены к точкам соединения; катодов регулирующих тиристоров, а другие зажимы обмоток компенсирующих реакторов соединены с соответствующими выводами переменого тока моста основных тиристоров.

2. Инвертор по п. 1, о т л и ч а юш и и с я тем, что обмотки сглаживаюmего и компенсирующих реакторов размещены на одном ферромагнитном сердечнике.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 620002, кл. Н 02 М 7/515,1978.

2. Патент США № 3768001, кл. Н 02 М 7/48, 1973.

3. Раскин Л. Я. Стабилизированные автономные инверторы тока на тиристс рах. М., Энергия, 1970, с. 9.

987763 б,Г

Составитель Г. С. Мыцык

Редактор E. Папп Техред, М. Качур Корректор Г. Огар

Заказ 10322/44 Тираж 685 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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