ТРЕХФАЗНЫЙ ИНВЕРТОР НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК H02M7/515 

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к автономным инверторам напряжения, и может быть использовано в общепромышленном и тяговом электроприводах переменного тока.

Известны схемы трехфазных инверторов напряжения [1, 2] , в которых коммутация главного тиристора осуществляется при помощи колебательного контура, подключаемого на этапе коммутации параллельно главному тиристору.

Недостатком схемы [1] является существенное проявление эффекта накопления энергии в коммутирующем конденсаторе и связанные с этим дополнительные потери мощности, обусловленные необходимостью применения цепей отвода избыточной энергии.

Недостатком схемы [2] является большое количество коммутирующих дросселей, ухудшающие массогабаритные показатели преобразователя.

Известна схема автономного трехфазного инвертора напряжения с общим узлом принудительной коммутации [2] , выбранным в качестве прототипа, в которой цепь из последовательно включенных двух коммутирующих конденсаторов, шунтированная конденсатором фильтра, подключена к шинам постоянного тока инверторного моста через коммутирующие дроссели. Коммутационный процесс перезаряда коммутирующих конденсаторов в данной схеме протекает в две стадии. Первая (основная стадия) обеспечивает запирание главного тиристора под воздействием встречного тока коммутирующих конденсаторов, протекающих вначале через тиристор, а затем через шунтирующий его обратный диод. Вторая (вспомогательная, завершающая) стадия связана с обеспечением требуемых первоначальных уровней напряжений на коммутирующих конденсаторах к концу перезаряда для последующей (очередной) коммутации главного тиристора противоположной инверторной группы.

Недостатком схемы инвертора является протекание тока конденсаторов на второй стадии их перезаряда через главный и коммутирующий тиристоры, что, во-первых, увеличивает мощность потерь в схеме из-за протекания тока в цепи с двумя последовательно включенными этими тиристорами, и, во-вторых, увеличивает токовую загрузку как главного, так и коммутирующего тиристоров, создавая их дополнительный нагрев, что повышает требования к системе охлаждения тиристоров, т. е. усложнение системы охлаждения, постановка или увеличение мощности вентилятора.

Целью изобретения является повышение КПД при снижении мощности потерь в главных и коммутирующих тиристорах и уменьшении их нагрева.

Это достигается тем, что в трехфазный инвертор напряжения, содержащий главные тиристоры, шунтированные в обратном направлении диодами и соединенные по трехфазной мостовой схеме, выводы постоянного тока которой через дроссели фильтра подключены ко входным выводам, три пары соединенных встречно-параллельно коммутирующих тиристоров, включенных между средними точками фазных полумостов главных тиристоров и точкой соединения обкладок двух коммутирующих конденсаторов, две другие обкладки которых соединены с обкладками конденсатора фильтра и через два коммутирующих дросселя подключены к выводам постоянного тока моста главных тиристоров, введены два дополнительных дросселя и два дополнительных тиристора, катод первого из которых и анод второго подключены к точке соединения обкладок коммутирующих конденсаторов, а анод первого дополнительного тиристора соединен через дополнительный дроссель с выводом конденсатора фильтра, подключенным через коммутирующий дроссель к положительному выводу постоянного тока моста, а катод второго дополнительного тиристора соединен через другой дополнительный дроссель с выводом конденсатора фильтра, подключенным через другой коммутирующий дроссель к отрицательному выводу постоянного тока моста главных тиристоров.

На фиг. 1 представлена схема трехфазного инвертора напряжения; на фиг. 2 приведена кривая тока коммутирующих конденсаторов при перезарядке.

Предлагаемое устройство содержит главные тиристоры 1, 2-5, шунтированные в обратном направлении диодами 7-12 и соединенные по трехфазной мостовой схеме, шины постоянного тока которой через дроссели фильтра 13, 14 подключены к источнику постоянного напряжения, три пары соединенных встречно-параллельно коммутирующих тиристоров 15, 16; 17, 18; 19, 20, включенных между средними точками фазных полумостов главных тиристоров и точкой соединения обкладок двух коммутирующих конденсаторов 21, 22, две другие обкладки которых соединены с обкладками конденсатора фильтра 23 и через два коммутирующих дросселя 24, 25 подключены к шинам постоянного тока инвертора, а также два дополнительных дросселя 26, 27 и два дополнительных тиристора 28, 29, анод одного из которых (29) и катод другого (28) подключены к точке соединения обкладок коммутирующих конденсаторов, а анод дополнительного тиристора, катод которого подключен к общей точке коммутирующих конденсаторов, соединен через дополнительный дроссель с выводом конденсатора фильтра, связанным через коммутирующий дроссель с положительной шиной инвертора, а катод другого дополнительного тиристора соединен через другой дополнительный дроссель с выводом конденсатора фильтра, подключенным через другой коммутирующий дроссель к отрицательной шине инвертора.

Устройство работает следующим образом.

К моменту времени t₁ коммутации главных тиристоров анодной группы, например, тиристора 1, коммутирующие конденсаторы 21, 22 заряжены с полярностями напряжений, указанными на фиг. 1 без скобок. Если принять величину напряжения на конденсаторе 21 равной U(0), то уровень напряжения на конденсаторе 22 будет равен U(0) + E, где Е - напряжение источника питания, а также напряжение на конденсаторе фильтра 23.

С целью запирания в момент времени t₁ ранее открытого тиристора 1 отпирают коммутирующий тиристор 16. Образуются два колебательных контура перезаряда коммутирующих конденсаторов: 21-16-1-24 для конденсатора 21 и 22-12-1-24-23 для конденсатора 22 с суммарным током i_c, протекающим навстречу анодному току тиристора 1, обусловленному нагрузкой (током фазы А). Ток нагрузки на относительно малом интервале коммутации не успевает заметно измениться, в связи с чем на фиг. 1 он показан прямой I(0). Процесс перезаряда конденсаторов в указанных контурах характеризует его основную стадию.

С момента времени t₁ анодный ток тиристора 1 под воздействием нарастающего встречного тока i_с уменьшается и в момент времени t₂ становится равным нулю. Ток i_c переходит в цепь обратного диода 7. К тиристору 1 прикладывается необходимое для запирания обратное напряжение, равное падению напряжения на диоде 7,
В момент времени t₃ подается импульс управления на отпирание дополнительного тиристора 29 с целью образования для конденсаторов колебательных контуров с дополнительным дросселем 27: 22-27-29 для конденсатора 22 и 21-23-27-29 для конденсатора 23. Наступает небольшой продолжительности переходный этап t₃ - t₄ уменьшения до нуля тока дросселя 24, после которого следует завершающая стадия t₄-t₅ перезаряда конденсаторов в колебательном контуре с дополнительными дросселем 27 и тиристором 29.

В течение завершающей стадии наблюдается потребление энергии конденсатором 21 от конденсатора фильтра 23, в связи с чем обеспечивается компенсация потерь энергии в узле принудительной коммутации при протекании основной стадии, когда конденсатор фильтра потреблял энергию перезаряжающегося коммутирующего конденсатора 22. Тем самым достигается баланс энергий, при котором напряжение на конденсаторе 22 к концу перезаряда будет равно напряжению U(0), бывшему на конденсаторе 21 перед перезарядом. Напряжение на конденсаторе 21 будет составлять U(0) + Е. Полярности напряжений на конденсаторах по окончании перезаряда показаны на фиг. 1 в скобках. Конденсаторы, таким образом, будут иметь аналогичные начальные условия, но уже необходимые для запирания главного тиристора катодной группы. Подобно рассмотренному осуществляется запирание и двух тиристоров, относящихся к общим анодной или катодной группам. Для этого необходимо отпирание двух соответствующих коммутирующих тиристоров.

В отсутствие дополнительных цепей завершающие стадии перезаряда конденсаторов протекали бы в контурах с дросселями 25 или требовалось бы отпирание тиристоров 4,18 или 6,20 и протекание через них суммарного тока конденсаторов на завершающей стадии. Это привело бы к дополнительной токовой нагрузке главных и коммутирующих тиристоров, увеличило бы их нагрев и вызывало бы снижение КПД инвертора из-за наличия в контурах на завершающих стадиях перезаряда двух последовательно соединенных тиристоров.

Использование: в преобразовательной технике, в частности в общепромышленном и тяговом электроприводах переменного тока. Сущность изобретения: устройство содержит главные тиристоры 1 - 6 с обратными диодами 7 - 12. Коммутирующие тиристоры 15 - 20 соединены встречно-параллельно и подключены к главным тиристорам. Посредством введения двух дополнительных дросселей 26, 27 и двух дополнительных тиристоров 28, 29 обеспечивается перевод вспомогательных стадий перезаряда коммутирующих конденсаторов 21, 22 из цепей с коммутирующими и главными тиристорами в цепи с дополнительными дросселями и тиристорами. 2 ил.

ТРЕХФАЗНЫЙ ИНВЕРТОР НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий главные тиристоры, шунтированные в обратном направлении диодами и соединенные по трехфазной мостовой схеме, выводы постоянного тока которой через дроссели фильтра подключены к входным выводам, три пары соединенных встречно параллельно коммутирующих тиристоров, включенных между средними точками фазных полумостов главных тиристоров и точкой соединения обкладок двух коммутирующих конденсаторов, две другие обкладки которых соединены с обкладками конденсатора фильтра и через два коммутирующих дросселя подключены к выводам постоянного тока моста главных тиристоров, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД при снижении мощности потерь в главных и коммутирующих тиристорах и уменьшении их нагрева, введены два дополнительных дросселя в два дополнительных тиристора, катод первого из которых и анод второго подключены к точке соединения обкладок коммутирующих конденсаторов, а анод первого дополнительного тиристора соединен через дополнительный дроссель с выводом конденсатора фильтра, подключенным через коммутирующий дроссель к положительному выводу постоянного тока моста, а катод второго дополнительного тиристора соединен через другой дополнительный дроссель с выводом конденсатора фильтра, подключенным через другой коммутирующий дроссель к отрицательному выводу постоянного тока моста главных тиристоров.