Последовательный инвертор Советский патент 1993 года по МПК H02M7/515 

Изобретение относится к области преобразования постоянного тока в переменный регулируемой частоты и амплитуды с различным числом фаз с помощью тйристорных инверторов с последовательной коммутацией и может быть использовано для регулирования скорости элeкtpoдвигaтелей переменного тока и для систем электропитания с количеством фаз. отличными О1,.6|лыц яенных.

Известен последовательный инвертор с двумй источниками питания, который содержит коммутируюа ий LC-KOHtyp, ключевые элементы, соединения мостового типа для подключения ключевых элементов к источника питаййя. Недостатки этого инвертора: несимметричнь й режим работы, частично импульсное регулирование выходного напряжения, ограничения по величине сопротивления нагрузки.

Известен также Посл а1оват1ельный инвертор, содер: 94ций четь1ре LC-KOHrypa с тиристорами. свя31анных через диоды с источником питания, и четыре ключевых элемента в цепи нагрузки. Инвертор обесгтечивает симметричный режим преобразования, но сложен и не допускает регулирования выходного 1япряженйя, нагрузка инвертора должна быть индуктивного характера.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является ггоследовательный инвертор, содержащий первую и вторую ячейки, в каждой из которых к соответствующей ши«е питания подключен кон денсатор. а параллельно ему включены последовательно со€диненн ые первый дроссель и тиристор, к которому подключены два разнрполярно включенных диода первый диод, включенный встречно с тиристорои, соединен с друго шиной литания непосредственно; второй диод включен согласно е тиристором и последовательно со вторым дросселем, цепь нагрузки и блок щиротна-импульсного управления тиристорами.; ; . /. Г .;,; ;. ;.; .:

Инвертор устойчив во всем диапазоне изменения сЬЯротивдёния ни грузки от бесконечности до нулевого значения. Выходнойпараметррегулируетсяширотно-импульсным Методом.

Однако указанный инвертор не обеспечивает получение переменного напряжения (тока)с частотой ниже.чем собственная частота инвертирования, а при исполнении на низкие рабочие частоты имеет неудовлетворительные габаритно-весовые показатели.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей инвертора за счет обеспечения возможности

регулирования частоты и получения многофазного выходного напряжения.

Для дости кения поставленной цели в последовательный инвертор, содержащий

подключенные первыми обкладками к соответствующим входным выводам два конденсатора, каждый из которых зашунтирован последовательно соединенными тиристо0 ром и дросселем и подключен второй обкладкой через встречный диод к другому входному выводу, две последовательные цепочки в каждой фазе, состоящие из дросселя и диода, включенного согласно С5 тиристором, и соединенным со вторыми обкладками конденсаторов, а также цепь нагрузки и блок широтно-импульсного управления тиристорами, введен многофазный выпрямительный мост, подключенный

0 встречно к входным выводам и соединенный выводами переменного тока с цепью нaгpyзкИv Кроме того, на каждую фазу введены два дополнительных тиристора, два дополнительных конденсатора и два транс5 форматора, первичная обмОтка каждого из которых последовательно с диодом соответствующей последовательной цепочки и сорместно с ним зашунтирована дополнительным тиристором, причем все

0 последовательные цепочки соединены параллельно, а вторичные обмотки тр ансфОрматороа включены посяедовательно с соответствующими диодами выпрямительного моста, плечи которого зашунтированы

5 дополнительными конденсаторами.

При однофазном выходном напряжении каждый трансформатор снабжен дополнйтельной вторичной обмоткой, включенной в соответствующее плечо еы0 прямительного моста.

Инвертор позволяет преобразовать напряжение постоянного тока в переменное напряжение регулируемой частоты и амплитуды с различным числом фаз за счет раз5 дельного регулирования тока в обмотках доподнительных трансформаторов путем соответствующего управления дополнительными тиристорами с помощью импульсов запуска, поступающих из блока

0 широтно-импульсного управления тиристорами.

На фиг. 1 изображена схема трехфазнеого варианта устройства: на фиг.2 - схема

однофазного устройства, на фиг.З. 4 - вре5 менные диаграммы напряжений U и токов I

элементов инверторов.

Инверторы (фиг.1 и 2) содержат тиристоры 1. 2, подключенные к входным выводам конденсаторы 3. 4. последовательно с тиристорами включены дроссели 5. б и встречные диоды 7, 8 последовательные цепочки, состоящие из диодов 9-14 и дополг нительных дросселей 15-20. Дополнительные тиристоры 21-26 шунтируют диоды 9-14 и последовательно соединенные с ними первичные обмотки 27-32 трансформаторов. Инвертор содержит также источник питания 33, блок широтно-импульсного управления 34 и многофазный выпрямительный:мост на диодах 35-40, включенных встречно, причём последовательно с диодами включены вторичные oбмotки 41-46 трансфррматоров. а виводы переменного тока моста соединены с цепью нагрузки, дополнительные конденсаторы 47-52. На фиг.2 Д01полнительные вторичные обмотки 53. 54 трансформаторов включены аналогично основным.. Буквами обозначены места подключения первичных обмоток трансформаторов.

На фиг.З а-е приведены временные диаграммы напряжений U и токов i элементов инвертора фиг,1: а - напряжение U на конденсаторах 3. 4; б-- напряжение U нЗ тиристорах 1,2; в- ток i через дроссели 5,6 итириеторМ t, 2; г-ток I через кондёнсатб ры 3,4, д - ток Гчерез катушки 15-20: е -ток Г через диоды 9-14 и первичные Ьбмотки 27-32 трансформаторов.

Нафиг;4, а-в, приведены временные диаграммы токов I и напряжений U мостовой схемы;

а - ток I через вторичные обмотки 41,46 трансформаторов и диоды 35.40;

б - ток i через вторичные обмотки 43,44 трансформаторов и диоды 37, 38;

в-напряжение и одной фазы на выходе инвертора.

Инвертор работает следующим образом.

Перед пуском инвертора конденсаторь 3 и 4 (фиг, 1) заряжены от источника 33 питания до его напряжения (например, за-счет токов утечки диодов 7 и 8, если эти токи много больше токов утечки тиристоров 1 и 2). Конденсаторы 47-52 заряжены до напряжения, равного половине напряжения ис точника 33. Напряжения на выходных выводах инвертора равны нулю.

В момент времени ti (фиг. 36) импульсами запуска, поступающими из блока 34 управления (фиг,1), одновременно включаются тиристоры 1 и 2 и происходит перезаряд конденсаторов 3 и 4 через тиристоры 1 и 2 и дроссели 5 и 6. Колебательные контуры, образованные указанными кон денсаторами и дросселями, имеют высокую добротность и собственную частоту, в несколько раз выше рабочей частоты инвертора, поэтому к концу первого полупериода собственной частоты контуров (момент времени t2 на фиг.За) конденсаторы зарядятся до напряжения первоначального значения, но противоположного знака.

В течение этого полупериода за отрезок 5 времени ri t2-ti в контурах инвертора (фиг. 1) протекает импульс тока синусоидальной формы, показанный на фиг. Зв, г. В момент времени t2 (фиг. За) ток в контурах спадает до нуля,-тиристоры t и 2 (фиг.1)

0 выключаются, и начинается перезаряд конденсаторов 3 и 4 по источник 33, конденсатор 3, дроссели 15-20, диоды 9-14, первичные обмотки 27-32 трансформаторов, конденсатор 4 синусоидальной пол5 уволной тока (фиг. Зг и Зд) длительностью Г2 t4-t2 (фиг. За). При отсутствии импульса запуска Дополнительных тиристоров 21-26 (фиг.1) из блока 34 улравления токи первичных обмоток 2t, 28, 29, 30, 31, 32 трансфор0 маторов трансформируются в их вторичных обмотках 41, 42, 43, 44, 45, 46; при симметрии схемы.диодного моста эти токи не могут изменить напряжений на конденсаторах 47, 48, 49, 50, 51, 52, напряжения на выходных

5 зажимах инверторы равны Нулю, а трансформируемая энергия возвращается в источник 33 питания. В момент времени t3 напряжение на конденсатора 3 и 4 (фиг. 1), а также тиристорах 1 и 2 становится равно

0 нулю (t3-t2 - время, предоставляемое для восстановления запирающих свойств тиристоров), конденсаторь 3 и 4 начинают заряжаться напряжением первоначальной полярности. К моменту, когда напряжение

5 на конденсаторах 3 и 4 достигает величины напряжения источника 33 питания, в дросселях 5,16,17,18., 19, 20 еще имеется некоторая избыточная реактивная энергия, которая,также возвращается в источник 33

0 питания по цепи; дроссели 15,16,17,18,19, 20, обмотки 27, 28, 29, 30, 31, 32 трансформаторов, диоды 7 и 8. в момент времени тз токи в цепях инвертора прекращаются и схема возвращается в исходное состояние.

5 При подаче импульсов запуска из блока 34 управления на дополнительные тиристоры 21, 22; 23, 24, 25, 26 в момент времени ts (фиг. Зе) первичные обмотки 27, 28, 29, 30, 31, 32 трансформаторов шунтируются до0 полнительными тиристорами, вследствие этого токи в первичных обмотках, а следовательно, и во вторичных обмотках 41, 42, 43, 44, 45, 46 трансформаторов протекает толь: ко в течение промежутка времени гз t5-t2.

5 Поскольку дополнительные тиристоры 21, 22, 23. 24, 25. 26 управляются независимо друг от друга, изменением длительности Гз протекания тока в обмотках отдельных трансформаторов вызывается разбаланс

напряжений на конденсаторах 47,48,49,50, 51, 52. Например, если тиристоры 21 и 25 будут включены раньше тиристоров 22 и 24, напряжения на конденсаторах 47 и 51 уменьшатся, а на конденсаторах 5€ и 51 увеличатся, при этом между 8Ь1ходн 4ми зажимами viHBepTOpa появляются напряжения, величину й.закон изменения которых можно регулировать Изменением мo 4eнтa включения каждого из дополнительных тиристоров 21,22, 2$. 24,25, 26,

Однофазный инвертор раЗотаёт аналогично описанному;. Его схема отличается только наличием Двух трансфор каждый из которы х имеет file вторичные обмотки 41,54 и 42,53 соответственно.

При большом 0т«ошении частоты инвертирования к выходной частоте устройства (как правило, отношение составляет не менее двух порядков) инвертор позволяет получить выходное синусоидальное напряжение с достаточно малыми Пульсациями с частотой инвертирования на выходе. Инвертор имеет высокую нэдежность и долговечность, коэффициейт мощности со стороны питающей сети равен 1, КПД равен 0.9 (при мощности инвертора 5 - 15 кВт).

(56) Авторское свидетельство СССР Мг 982510, кл. Н 02 М 7/515,1978.

Авторское свидетельство СССР № 982511. кл,Н 02 М 7/515,1978.

Авторское свидетельство СССР I 1011016, кл. Н 02 М 7/515,1980.

llfHtlffff.

«м

.

м Ъ

М1Ш1

1. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ ИНВЕРТОР, содержащий подключенные первыми обкладками, к соответствующим входным выводам два конденсатора, каждый из которых зашунтирован последовательно соединен11ыми тиристором и дросселем и подключен второй обкладкой, через встречный диод к другому входному выводу, две последовательные цепочки в каждой фазе, состоящие из дополнительного дросселя и диода, включенного согласно с тиристором, и соединенные со вторыми обкладками кон денсаторов. а также цепь нагрузки и блок широтно импульсного управления тиристо рами, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможногСТей за счет обеспечения регулирования частоты и получения многофазного выходного напрйжеНйя. введен многофазный выпрямительный мост; подключенный встречно ко входным выводам и соединенный вы.водами переменного тока с цельюнзгрузки, атакже на 1( фазу введены два дополнительнь1х тиристора, два дополнительных конденсатора и два трансформатора, первичная обмотка каждого из которых включена последовательно с доодом соответствующей последовательной цепочки и совместно с ним зашунтирована дополнительным тиристором, причем все 11оследова1тёльнь1ецепочхи соединены параллельноч а вторичные обмотки трансф|ррматорр& включены последовательно с соответствуюсл щими диодами выпрямительного моста с плечи крторогЬ зашунтированы дополнительными конденсаторами. 2. Инверто|3 по п. 1. о т л и ч SK щ и и с я тем ЧТО) при с офазном выходном напряжении трансформатор снабжен до11 нйтёльйой ефрйчйрйдбмоткой, вклюо о ч1енндй в соответствующее гглечр Выпрямитёй ногомоста. 00 ел