АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР ТОКА Российский патент 1995 года по МПК H02M7/515 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразователям тока, и может быть использовано для преобразования постоянного тока в переменный со снижением несинусоидальности формы кривой выходного напряжения и повышением устойчивости работы преобразователя.

Известны компенсационные автономные инверторы тока, отличающиеся повышенной устойчивостью работы, где коммутирующие конденсаторы периодически перезаряжаются током нагрузки или его частью под действием дополнительных коммутирующих напряжений, пропорциональных току нагрузки. Схемы таких инверторов отличаются относительным усложнением.

Известный автономный трехфазный инвертор тока с отсекающими диодами имеет трехфазный тиристорный мост с отсекающими диодами, анодную и катодную группы коммутирующих конденсаторов, соединенных по схеме "звезда". Отсекающие диоды повышают устойчивость коммутации тиристоров при меньших емкостях коммутирующих конденсаторов по сравнению с обычным параллельным инвертором, но реактивная мощность инвертора ограничена. При работе в схемах синхронного и асинхронного электропривода, а также в схемах параллельной работы с синхронным генератором на общую нагрузку возникает необходимость компенсации реактивной энергии инвертора, т.е. увеличения реактивной мощности инвертора, но при этом появляется проблема повышения устойчивости работы инвертора.

Целью изобретения является повышение эффективности компенсации реактивной энергии для повышения устойчивости коммутации тиристоров, увеличения реактивной мощности инвертора, снижение несинусоидальности кривой выходного напряжения при использовании минимального количества конденсаторов или минимального количества вентилей.

Для достижения этой цели в известном автономном инверторе тока, содержащем трехфазный тиристорный мост с отсекающими диодами и коммутирующими конденсаторами, подсоединенными к точкам соединения тиристоров и диодов по схеме "звезда" или "треугольник", подключенном выводами постоянного тока через дроссели к источнику постоянного тока, а выводами переменного тока к цепи трехфазной нагрузки непосредственно или через трансформатор, введены два последовательно соединенных управляемых (или неуправляемых) обратных вентиля, либо два последовательно соединенных конденсатора, подключенных к точкам соединения дросселей и выводов источника постоянного тока и соединенных общей точкой с нулевым выводом нагрузки или нулевым выводом первичной обмотки трансформатора.

С введением конденсаторов или вентилей по предлагаемой схеме инвертор компенсирует реактивную энергию с использованием ее для повышения уровня напряжения, приложенного к тиристору в фазе закрывания, а также для полезной работы в цепи нагрузки и для улучшения формы кривой выходного напряжения, при этом эффективность использования компенсированной энергии повышается за счет выявления импульса тока самоиндукции.

Таким образом основным признаком, отличающим изобретение от прототипа, является повышение коммутирующего напряжения за счет эффективного накопления энергии на коммутирующих конденсаторах, и как следствие качественное повышение устойчивости коммутации тиристоров.

На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема автономного инвертора тока; на фиг.2 схема динамики токов.

Автономный инвертор тока содержит трехфазный мост из тиристоров 1, 2-6 с отсекающими диодами 7, 8-12, коммутирующие конденсаторы анодной 13, 14, 15 и катодной 16, 17, 18 групп, соединенные по схеме "звезда"; компенсирующие вентили (или конденсаторы) 19 и 20, подключенные к точкам соединения дросселей и выводов источника постоянного тока и к нулевому выводу "N" нагрузки Z_н через реактор 21. За положительные значения напряжений на конденсаторах принимаются положительные потенциалы на выводах конденсаторов противоположных нулевой точке. За положительные значения токов принимаются токи, направленные к нулевой точке конденсаторов.

Работа схемы показана на примере коммутации тока с выходящей из работы фазы "А" на входящую в работу фазу "В", когда в момент времени "2" открыты тиристоры 1 и 6, открывается тиристор 2. В этот момент на тиристор 1 действует обратное напряжение и закрывает его, а ток фазы "А" через тиристор 2 переходит на конденсаторы 14 и 13 (i'₁₃), при этом часть тока фазы "А" составляет ток разряда конденсаторов 13 и 14 через вентиль 19, т.е.

i'₁₃=i_d+i₁₉
По окончании перезаряда суммарное напряжение на конденсаторах 13 и 14 равно линейному U_ва, а ток i'₁₃ равен нулю, при этом на конденсаторах 13 и 14 напряжения будут равны, т.е.

U₁₃=U₁₄=1/2U_ва.

В процессе затухания тока i'₁₃ протекает ток самоиндукции фазы "А" (i'₁₃), который через тиристор 2, вентиль 19 и дроссель Ld замыкается на конденсаторы 13 и 14. Форма тока i"₁₉ (i"₁₃) благодаря наличию в цепи дросселя Ld, носит характер выявленного импульса, следующего за импульсом тока i'₁₃. Время затухания тока i"₁₃ зависит от индуктивности нагрузки, но ограничено моментом времени "4", когда в фазе "А" ток меняет направление. Кроме упомянутых токов по конденсаторам 13-18 через отсекающие диоды, вентили 19, 20 и дроссель Ld протекают токи межфазного обмена
от фазы "В" к фазе "А":
iab по цепи "В"-11-17-18-6-Ld-20-19-Ld-2-14-13-7-"А";
от фазы "В" к фазе "С":
ibc по цепи "В"-11-17-18-6-Ld-20-19-Ld-2-14-15-"С". В результате по конденсатору 13 протекает сумма токов (см. фиг.2) i₁₃=i'₁₃+i"₁₃+iab+ibc, которая имеет вид геометрической суммы импульсов токов, разнесенных во времени, т.е. конденсаторы работают как сумматоры потенциалов импульсов тока. В результате сумма потенциалов двух конденсаторов (13. 14) превышает линейное напряжение Uab(Uл).

Процесс повторяется циклично и аналогичен для каждого из шести плеч тиристорного моста.

Обратные напряжения для тиристоров анодной группы выражаются суммами абсолютных величин напряжений на конденсаторах в момент времени: "2" Uобр_т1= /U₁₃/+/U₁₄/
"3" Uобр_т2=/U₁₄/+/U₁₅/
"1" Uобр_т3=/U₁₅/+/U₁₃/, откуда видно, что для момента "1", когда открывается тиристор 1, для закрывания тиристора 3 используется энергия суммирования в конденсаторах 13 и 15 между моментами "2", "4", "3", "5", сопряженные (суммарные) напряжения которых прикладываются к тиристору 3.

Таким образом, наличие компенсирующих вентилей или конденсаторов в цепи с дросселями позволяет поднять коммутационное напряжение на тиристорах значительно выше приложенного, т.е.

Uобр_т>Ud, что объясняет высокую устойчивость работы инвертора в динамических режимах.

Автономный инвертор тока с отсекающими диодами по предлагаемой схеме получает следующие преимущества:
способность компенсировать реактивную энергию индуктивной нагрузки;
повышается устойчивость коммутации тиристоров в широком диапазоне нагрузок;
используется компенсированная реактивная энергия для полезной работы в цепи нагрузки с предварительным депонированием ее в коммутирующих конденсаторах;
улучшается качество кривой напряжения и тока, что снижает потери в электрических машинах.

Перечисленные преимущества расширяют сферу применения предлагаемого инвертора по сравнению с прототипом и аналогом, он может быть использован в асинхронном и синхронном электроприводе, и энергетических установках.

Использование: в преобразовательной технике. Сущность изобретения: устройство содержит трехфазный тиристорный мост с отсекающими диодами и коммутирующими конденсаторами, соединенными по схеме "звезда" или "треугольник". Нулевой вывод нагрузки или первичной обмотки выходного тиристора соединен с общей точкой двух конденсаторов или двух обратных вентилей, подключенных к входным выводам. В устройстве компенсируется реактивная энергия индуктивной нагрузки. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР ТОКА содержащий трехфазный тиристорный мост с отсекающими диодами и коммутирующими конденсаторами, подсоединенными к точкам соединения тиристоров и диодов по схеме "звезда" или "треугольник", выводами постоянного тока через дроссели в каждом полюсе подключен к источнику постоянного тока, а выводами переменного тока к цепи трехфазной нагрузки непосредственно или через трансформатор, отличающийся тем, что в него введены два последовательно соединенных управляемых или неуправляемых обратных вентиля либо два последовательно соединенных конденсатора, подключенных к точкам соединения дросселей и выводов источника постоянного тока и соединенных общей точкой с нулевым выводом цепи нагрузки или нулевым выводом первичной обмотки трансформатора. 2. Инвертор тока по п. 1, отличающийся тем, что в него введен реактор, включенный между нулевым выводом цепи нагрузки и общей точкой последовательно соединенных конденсаторов или обратных вентилей.