Автономный инвертор Советский патент 1983 года по МПК H02M7/515 

(5) АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано в преобразователях работающих на индуктивную нагрузку, например на асинхронный двигатель. Известны технические решения, обеспечивающие утилизацию избыточной энергии, накапливаемой в индуктивнос тях рассеяния асинхронного двигателя САД ), в которых избыточная энергия переводится вначале в специально устанавливаемый накопительный кон денсатор, а затем через вспомогательный инвертор передается обратно в сеть 1 3 - 13. Основными недостатками таких решений являются необходимость применения специального накопительного конденсатора большой емкости, а также наличие ведомого сетью инвертора со своей системой управления и регулирования . Наиболее близок к предлагаемому автономный инвертор, содержит т-фазный рабочий мост на управляемых вентилях , т-фазный неуправляемый мост, полюса которого соединены с полюсами рабочего моста через коммутирующие вентили, включенные согласно с полярностью управляемого выпрямителя, и m коммутирующих конденсаторов, включенных между выводами переменного тока указанных двух мостов. Для демпфи: рования колебательных процессов и ограничения перенапряжений к выходу неуправляемого моста подключен резистор Г . Недостатками известного инвертора являются пониженный КПД, что обусловлено рассеянием при коммутациях части энергии, запасенной в индуктивностях нагрузки, на демпфирующем резисторе, а также ограниченный частотный диапазон, поскольку при увеличении частоты коммутаций до значений, близких к собственным частотам колебательных контуров, образован31ных коммутирующими конденсаторами и индуктивностями нагрузки, в инвер торе развиваются резонансные явления, что приводит к нарушению работоспособности инвертора. Цель изобретения - повышение КПД инвертора и расширение его частотного диапазона. Поставленная цель достигается тем что автономный инвертор, содержащий т-образный рабочий мост fta управляемых вентилях, т-фазный неуправляемый мост, полюса постоянного тока которо го соединены с одноименными полюсами рабочего моста через коммутирующие вентили, включенные согласно с полярностью неуправляемого моста, и m коммутирующих конденсаторов, вклю ченных между выводами переменного тока указанных двух мостов, снабжен вспомогательным неуправляемым т-фаз ным выпрямителем и т-фазным трансфо матором, первичная обмотка которого подключена к входу неуправляемого моста, а вторичная обмотка - к входу вспомогательного выпрямителя, включенного последовательно с рабочим мостом. Введение вспомогательного выпрямителя и трансформатора позволяет передать в источник питания часть энергии, запасенной в индуктивностя нагрузки. Яри коммутации эта энергия передается в коммутирующие конденсаторы, которые в межкоммутацион ные интервалы частично разряжаются через трансформатор и вспомогательный выпрямитель, передавая, тем самым, часть накопленной ими энергии в источник питания. Последнее обеспечивает эффективное демпфирование коммутационных колебательных процес сов без потерь энергии, что позволяет повысить КПД и расширить часто ный диапазон инвертора. На фиг. 1 показана принципиальная схема предлагаемого автономного инвертора; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу. Устройство включает управляемые вентили 1-6, образующие рабочий мост 7, коммутирующие управляемые вентили 8 и 9, неуправляемый мост 10, собранный на вентилях П-16, ко мутирующие конденсаторы , вклю ченные между входом рабочего моста и входом неуправляемого моста 10. Полюса неуправляемого моста соедине ны с одноименными полюсами рабочего / оста через коммутирующие вентили и 9, включенные согласно с полярностью неуправляемого моста. К вхоу неуправляемого моста подключены акже первичные обмотки. 20-22 трансорматора 23. Его вторичные обмотки 4-26 подключены к входу вспомогаельного неуправляемого выпрямитея 27, вход которого соединен послеовательно и- согласно с источником 8 питания. Нагрузкой автономного нвертора является асинхронный двигатель 29 с обмотками 30-32. Автономный инвертор работает слеующим образом. Пусть в начальный момент времени ткрыты вентили 1 и 2 рабочего моста и ток протекает по цепи: вентиль 1 - обмотка 30 - обмотка 32 - вениль 2. Коммутирующие, конденсаторы 17-19 заряжены с полярностью, покаанной на чертеже. Величина напряжения на каждом конденсаторе 17-19 равна сумме соответствующего фазного напряжения двигателя 29 и постоянной составляющей, сформированной в процессе предыдущей коммутации. Постоянные составляющие напряжение на конденсаторах равны. При этом напряжение на входе неуправляемого моста 10 и на первичных обмотках 20-22 трансформатора 23 равно нулю. Очередная коммутация начинается включением коммутирующего вентиля 8. Под действием предкоммутационного напряжения конденсатора 17 происходит выключение вентиля 1 и начинается перезаряд конденсаторов через вентили 8, 11, 13 и 15,обмотки двигателя 30-32 и вентиль 2. Процесс перезаряда конденсаторов продолжается до тех пор, пока полярность напряжения на них не изменит знак, а постоянная составляющая этих напряжений будет достаточной для обеспечения последующей коммутации. В этот момент времени включается вентиль 3 и начинается переход тока с коммутирующего вентиля 8 в рабочий вентиль 3. Этот переход осуществляется колебательными процессами обмена энергией между индуктивностями обмоток 30-32 двигателя 29 и коммутирующими конденсаторами . В момент времени, соответствующий полному переходу тока в рабочий вентиль 3, коммутирующий вентиль 8 отключается и ток протекает далее по $ цепи:вентиль 3 - обмотки 31 ,32 венти 2,Напряжение на коммутирующих конден саторах в этот момент времени отличается, от суммы постоянной составляющей и фазного напряжения на вели чину, определяемую энергией, запасенной ранее,индуктивностями двигателя 29. Вследствие этого на первич ных обмотках 20-22 и вторичных обмотках трансформатора 23 появ ляется напряжение. Под действием этого напряжения происходит переклю чение вентилей вспомогательного неуправляемого выпрямителя 27 таким о разом, что ток источника 28 питания с учетом трансформации.протекае по коммутирующим конденсаторам 17-19, выравнивая напряжение на них В момент времени, когда напряжение на конденсаторах станет равно аумме соответствующего фазного напряжения и одинаковой для всех конденсаторов постоянной составляющей, процесс разряда прекращается, так как напряжение на первичных обмотка трансформатора 23 становится, равным нулю. На этом коммутация заканчивается. В процессе выравнивания напряжения на коммутирующих конденсаторах в контуре обмена энергией, образованные индуктивностями двигателя и коммутирующими конденсаторами вносится индуктивность намагничивания трансформатора, имеющая большое значение, превышающеезначение индуктивности обмоток двигателя более чем в 10-100 раз. Это приводит к тому, что колебательные контуры практически размыкаются а колебательные процессы прекращаются, т.е. происходит эффективное демпфирование колебаний с передачей части энергии в источник питания. На фиг. 2 приведены диаграммы напряжения на коммутирующем конденсаторе Up фазной ЭДС нагрузки 1 и тока через фазную обмотку трансформатора 6ф. Как видно из диаграмм трансформатор работает с частотами, близкими к собственным частотам обмена энергией между индуктивностями нагрузки и к(нденсатррами, которые 87« не зависят от частоты коммутации и имеют существенно более высокие значения. Поэтому применение трансформатора не ограничивает снизу диапазон выходных частот инвертора. Мощность введенного трансформатора составляет от мощности основного вентильного оборудования. Применение предлагаемого изобретения позволяет повысить КПД инвертора на 2-3 и расширить частотный диапазон на 5-10%. Формула изобретения Автономный инвертор, содержащийт-фаэный рабочий мост на управляемых вентилях, т-фазный неуправляемый мост, полюса постоянного тока которого соединены с одноименными полюсами рабочего моста через коммутирующие вентили, включенные согласно с полярностью неуправляемого моста; и m коммутирующих конденсаторов, включенных между выводами переменного тока указанных двух мостов, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и р.асширения частотного диапазона, он снабжен вспомогательным п-фазнын неуправляемым выпрямителем и т-фазным трансформатором, первичная обмотка которого подключена к входу неуправляемого моста, а вторичная обмотка - к входу вспомогательного выпрямителя, включенного последовательно с рабочим мостом. . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Автоматизированный электропривод в промышленности. Сборник. М., Энергия, 197А, с. 1 9-152. 2.Забровский С.Г., Лазарев Т.Б. Перенапряжение в системах с тиристорными преобразователями. Кишинев, Штиинца, 1979, с. 35-36. 3.Преобразовательная техника. Сборник, М., 1976, № 10 (81), с. 20. . Авторское свидетельство СССР по заявке N 2766533/07, кл. Н 02 М 7/515, 1979.

o py

Ca .

N

L

Л)

1JII

Ч- f Ю C.«|

J

м «;