УЗЕЛ ПРИНУДИТЕЛЬНОЙ КОММУТАЦИИ СИЛОВЫХ ТИРИСТОРОВ ТРЕХФАЗНОГО АВТОНОМНОГО ИНВЕРТОРА НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК H02M1/06 H02M7/515 

Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для работы в составе трехфазного автономного инвертора напряжения (АИН). АИН предназначен для питания активно-индуктивной нагрузки переменным 3-фазным напряжением.

Изобретение позволяет эффективнее использовать тиристоры в схемах преобразователей постоянного напряжения в трехфазное переменное, где применение других полупроводниковых приборов (например, транзисторов) затруднено по техническим или экономическим причинам.

Изобретение функционирует в преобразователях (АИН), в состав которых входят: источник постоянного напряжения, сглаживающий LC- или C-фильтр, трехфазный мостовой коммутатор напряжения (далее коммутатор), содержащий в плече встречно-включенные главный тиристор и диод. Наличие узлов принудительной коммутации главных тиристоров, коммутирующих конденсаторов и источников их подзаряда в этих схемах является обязательным.

В качестве аналогов приведены схемы [1-3]. Схемы [2] и [3] объединяют наличие колебательного LC-контура, входящего в контур коммутации главных тиристоров инвертора напряжения, отсутствие дополнительных источников подзаряда коммутирующих конденсаторов.

Схемы [2] и [3] обладают рядом недостатков: ток заряда коммутирующего конденсатора проходит через главный тиристор; на форму выходного напряжения накладывается напряжение переходного процесса при заряде коммутирующего конденсатора; необходимы узлы коммутации для каждой фазы; невозможно отключить главный тиристор инвертора при включении схемы на короткое замыкание в нагрузке.

В качестве прототипа принята схема [1], предназначенная для коммутации группы управляемых вентилей. Схема [1] содержит цепочку из последовательно соединенных коммутирующего конденсатора и двух полностью управляемых ключей для подключения к положительному и отрицательному полюсам основного силового токоведущего контура. Коммутирующий конденсатор подключен с одной стороны к источнику подзаряда и через диоды ко вторичным обмоткам дросселей 4, 5 (первичные обмотки упомянутых дросселей включены непосредственно в силовой токоведущий контур), с другой стороны через вспомогательные управляемые вентили (тиристоры) - к главным тиристорам. К недостаткам упомянутой схемы относится использование полностью управляемых ключей, которые после отключения главного тиристора вынуждены отключать ток нагрузки, что ведет к возникновению перенапряжений на дросселях 4, 5, и как следствие необходимость дополнительных схемных решений для снятия этих перенапряжений. Кроме того, источник подзаряда коммутирующего конденсатора 24 вынужден заряжать (причем заряд апериодический) практически разряженный коммутирующий конденсатор, что ведет к значительному снижению к.п.д. всей установки).

Цель изобретения - упрощение узла принудительной коммутации главных тиристоров коммутатора в составе преобразователя, исключение источника заряда коммутирующего конденсатора, снижение коммутационных потерь.

Указанная цель достигается за счет замены полностью управляемых ключей на тиристоры, коммутирующего конденсатора на последовательную цепь из коммутирующего конденсатора и дросселя, параллельно которой включен тиристор в направлении перезаряда коммутирующего конденсатора.

Применение изобретения позволяет получить следующие преимущества:
снижение коммутационных потерь за счет избирательного характера процесса перезаряда коммутирующего конденсатора;
отсутствие специального (дополнительного) источника заряда коммутирующего конденсатора;
снижение массогабаритных показателей узла принудительной коммутации;
отсутствие накопления энергии в коммутирующем конденсаторе, компенсация потерь в контуре коммутации осуществляется источником постоянного напряжения АИН.

На чертеже представлена схема трехфазного АИН с предлагаемым узлом принудительной коммутации главных тиристоров коммутатора.

АИН содержит источник постоянного напряжения 1, трехфазный коммутатор 2, узел принудительной коммутации главных тиристоров 3.

Основной токоведущий контур коммутатора 2 образуется от плюса источника постоянного напряжения 1 к аноду главного тиристора 4, главный тиристор 5 (анодом к катоду тиристора 4) катодом к минусу источника постоянного напряжения 1. Тиристор 4 шунтирован обратным диодом 6, тиристор 5 шунтирован обратным диодом 7. Общая точка главных тиристоров 4 и 5 образует выходную фазу (например, фазу А) коммутатора 2 (или АИН). Аналогично образуются выходные фазы B и C.

Узел принудительной коммутации 3 главных тиристоров коммутатора 2 состоит из последовательно соединенных от плюса к минусу коммутатора разделительного тиристора 8, анодом к плюсу коммутатора, дросселя 9, коммутирующего конденсатора 10, разделительного тиристора 11, катодом к минусу коммутатора. Параллельно последовательной цепочке из дросселя 9 и коммутирующего конденсатора 10 подключен 3-фазный тиристорный мост из коммутирующих тиристоров 12-17. Катодная группа из коммутирующих тиристоров 12-14 подключена к катоду разделительного тиристора 8, анодная группа из коммутирующих тиристоров 15-17 подключена к аноду разделительного тиристора 11. Общая точка коммутирующих тиристоров 12 и 15 образует фазу (например, фазу А). Фазные выводы 3-фазного моста из коммутирующих тиристоров соединены с соответствующими фазными выводами коммутатора 2.

Контур перезаряда коммутирующего конденсатора подключен параллельно цепочке из дросселя 9 и коммутирующего конденсатора 10 и состоит из тиристора перезаряда 18, включенного в направлении перезаряда (от катода тиристора 8 к аноду тиристора 11).

Принципы работы схемы рассматриваются на примере коммутации главного тиристора 4 (см. чертеж). Начальное напряжение (показано на чертеже знаками плюс и минус без скобок) на коммутирующем конденсаторе 10 формируется в момент включения разделительных тиристоров 8 и 11. После этого включается тиристор перезаряда 18. Происходит колебательный перезаряд коммутирующего конденсатора 10 в контуре перезаряда: 10-9-18-10. Начальное значение напряжения на коммутирующем конденсаторе 10 определяется источником постоянного напряжения 1.

По окончании процесса перезаряда коммутирующего конденсатора 10 тиристор контура перезаряда 18 закрывается. Открываются коммутирующий тиристор 15 и разделительный тиристор 8. Происходит колебательный перезаряд коммутирующего конденсатора 10 в контуре: 10-15-6(4)-8-9-10 до полярности, указанной без скобок. В процессе перезаряда коммутирующего конденсатора 10 происходит отключение главного тиристора 4. Как только напряжение на коммутирующем конденсаторе 10 превысит напряжение источника постоянного напряжения 1, разделительный тиристор 8 и коммутирующий тиристор 15 закрываются и процесс коммутации заканчивается. Таким образом, начальное напряжение на коммутирующем конденсаторе 10 восстанавливается за счет источника постоянного напряжения 1.

После окончания процесса коммутации включается тиристор перезаряда 18, напряжение на коммутирующем конденсаторе 10 устанавливается со знаками, показанными на чертеже в скобках.

Источники информации
1. RU, патент 1764494, кл. H 02 M 1/06, 7/515, 1995.

2. Ситник Н.Х., Чернов С.С. Коммутационные узлы инверторов для электроподвижного состава с асинхронными тяговыми двигателями. - Электротехническая промышленность. Сер. : Тяговое и подъемно-транспортное электрооборудование, 1981, вып. 1(73), с. 23-26, рис. 1.

3. Ситник Н.Х., Сыркин Б.Л. Тяговый асинхронный привод подвижного состава метрополитена. Министерство высшего и среднего специального образования СССР, Известия высших учебных заведений. - Электромеханика, изд. Новочеркасского политехнического института, 1986, N5, с. 109-116, рис. 2а.

Использование: изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для работы в составе трехфазного автономного инвертора напряжения для питания активно-индуктивной нагрузки переменным трехфазным напряжением. Сущность изобретения: целью изобретения является упрощение узла принудительной коммутации главных тиристоров инвертора, исключение источника заряда коммутирующего конденсатора и снижение коммутационных потерь. Для этого в узел принудительной коммутации, содержащий цепочку из последовательно соединенных первого управляемого ключа, коммутирующего конденсатора и второго управляемого ключа, включенную между полюсами инвертора, и трехфазный мост из коммутирующих тиристоров, полюса которого через соответствующие ключи соединены с соответствующими полюсами инвертора, а фазные выводы соединены с соответствующими фазными выводами инвертора, введен дроссель, включенный в последовательную цепочку и подключенный к коммутирующему конденсатору. Полученная цепочка из дросселя и конденсатора зашунтирована тиристором, включенным в направлении перезаряда. При этом в качестве управляемых ключей использованы тиристоры. 1 ил.

Узел принудительной коммутации силовых тиристоров трехфазного автономного инвертора напряжения, включающего в себя последовательно соединенные источник постоянного напряжения, трехфазный мостовой коммутатор, главные тиристоры которого шунтированы обратными диодами, содержащий последовательную цепочку из последовательно соединенных первого управляемого ключа, коммутирующего конденсатора и второго управляемого ключа, подключенную к положительному и отрицательному полюсам коммутатора, трехфазный мост из коммутирующих тиристоров, полюса которого соединены через соответствующие управляемые ключи с соответствующими полюсами коммутатора, а фазные выводы соответственно соединены с фазными выводами коммутатора, отличающийся тем, что в последовательную цепочку введен дроссель, подключенный к коммутирующему конденсатору, полученная цепочка из дросселя и конденсатора зашунтирована тиристором, включенным в направлении перезаряда, а в качестве управляемых ключей использованы разделительные тиристоры.