Автономный инвертор (его варианты) Советский патент 1984 года по МПК H02M7/515 

11 Изобретение относится к силовой полупроводниковой преобразовательной технике и может быть использовано в статических преобразователях электрической энергии постоянного тока в переменный. Известны автоноь ные инверторы, содержащие входной LC-фильтр, два последовательно соединеиных тиристорных плеча и два плеча обратных диодов, подключенные параллельно конденсаторам фильтра-делителя. Сре ние точки конденсаторов фильтра-делителя и тиристорно диодньпс плеч являются выходными зажимами инвертора, к которым подключена цепь последовательно соединенных коммутирующего конденсатора и коммутирующе го дросселя. Принцип действия такого инвертора основан на формировани разнополярных прямоугольных импульсов напряжения на выходных зажимах при поочередном в включении тиристорных плеч. Запирание тиристоров осуществляется за счет колебательного процесса в цепи с коммутирующими конденсатором и коммутирукицим дросселем ij . Недостатком таких инверторов является сниженная надежность работы ввиду высоких скоростей нарастания прямого напряжения на тиристорах по ле их запирания. Наиболее близким по технической сущности к данному является автоном ный инвертор, содержащий два последовательно соединенных тиристорных плеча, два плеча обратных диодов, подключенных к зажимам источника питания, коммутирукяций конденсатор и коммутирующий дроссельj соединенные между собой последовательно и подключенные к средним точкам тирис торно-диодных плеч и двух плеч вспомогательных тиристоров. Выходны ми зажимами устройства являются сре ние точки источника питания и тирис торно-диодных плеч ZJ . Недостатком этого автономного ин вертора является пониженная надежность работы, обусловленная необходимостью предварительного заряда ко мутирующего конденсатора, относител но низким значением обратного напря жения на тиристорах в интервалах за пирания значительными скоростями нарастания прямого напряжения на ти ристорах после их запирания и прояв 3J ляемая особенно в пусковых и переходных режимах. Цель изобретения - повьш ение надежности работы. .Указанная цель достигается тем, что автономный инвертор, содержащий подключенные ко входным выводам два последовательно соединенных тиристора, зашунтированных обратными диодами, точка соединения которых подключена к последовательно соединенным коммутирующим дросселю и конденсатору и через цепь нагрузки - к выводу нулевого потенциала, а также два вспомогательных тиристора, снабжен дополнительным дросселем, зашунтированным встречно-параллельно соединенными вспомогательными тиристорами и включенным между точкой соединения тиристоров и коммутирующим дросселем, а коммутирующий конденсатор соединен с выводом нулевого потенциала. Кроме того, автономный инвертор, содержащий подключенные ко входным выводам два последовательно соединенных тиристорных плеча, зап унтированных обратньми диодами, точка соединения которых подключена к последовательно соединенным коммутируюищм дросселю и конденсатору и через цепь нагрузки - к выводу нулевого потенциала, а также два последовательно соединенных вспомогательных тиристора, снабжен дополнительнын дросселем, полуобмотки которого включены в тиристорные плечи и сое-, дикены общей точкой с коммутирукщим дросселем, к точке соединения которого с конденсатором подключ ны общей точкой вспомогательные тиристоры, соединенные другими своими электродами с одноименными электродами тиристоров, под ключ енньп4И к дополнительному дросселю, а коммутирующий конденсатор соединен с выводом нулевого потенциала. На фиг.1 представлены варианты схем автономного инвертора; на фиг. 3,4 - временные диаграм14ы, поясняющие работу схем инвертора. Так как в схеме прототипа в качестве источника питания показан источник ЭДС со средней точкой диеализированный источник питания) , а в схемах аналогов зачастую необходима фильтрация входного напряжения, то. предлагаемые схемы инверторов (фиг,1 и 2) содержат емкостной фильтртделитель 1-е со средней точкой, что равносительно источнику ЭДС со средней точкой. Автономный инвертор (фиг.1) соде жит подключенные к положительному 1 и отрицательному 2 входным выводам, дроссели 3, 4 и конденсаторы 5, 6 входного фильтра делителя, средняя точка которого образует вывод нулевого потенциала и является одним из выходных выводов 7 для подключения цепи нагрузки. Параллель .но указанным конденсаторам подключены два последовательно соединенных тиристора 8, 9 и два обратных диода 10, П, средняя точка которьпс является вторым .выходным выводом 12 инвертора. Дополнительный дроссель 1 с встречно-параллельно включенными вспомогательными тиристорами 14, 15 подключен к выходному выводу 12, а также к коммутирующе.му конденсатору 16 через коммутирующий дроссель 17. Вторая обкладка коммутирующего конденсатора 16 соединена со средней точкой конденсаторов 5 и 6 и фильтра-делителя и,следовательно, , с выходным выводом 7 инвертора. В автономном инверторе (на фиг.2) дополнительный дроссель 13 выполнен в виде двух полуобмоток 18, 19. Отпирающие импульсы тока ig на управляющие электроды тиристоров 8, плеч инвертора (фиг.1) представлены диаграммами а и S (фиг.З), а на вспомогательные тиристоры 14 и 15 соответственно диаграммами Ь , г (фиг.З). Диаграммы фиг.З Ч е пок зывают изменение напряжения U, и тока 1 6 ко1.1Йутирующего конденсатора 16. Напряжения на тиристорах ( плеч инвертора представлены кривыми и фиг.З. На фиг. 3 t показана кривая выходного напряжения на вьшодах И,. инвертора. Инвертор работает следующим обра зом. . При подаче отпирающего импульса на тиристор 8 (момент tj фиг.З) фор мируется передний фронт прямоугольного импульса положительного полупериода (фиг.З и) вЪ|ХОдного напряжения и начинается заряд (фи.) коммутирующего конденсатора 16 через дополнительный 13 и коммутирующий 17 дроссели, при этом напряжение на тиристоре 8 и обратном диоде 10 равно нулю (фиг.З), а на тиристоре 9 и обратном диоде II становится равным входному (фиг.З) Момент t характерен максимальным значением зарядного тока (фиг.Зе). К моменту t, заканчивается заряд коммутирующего конденсатора 16 до напряжения источника и поступает отпирающий импульс (фиг.ЗЬ) на вспомогательный тиристор 14. Начинается интенсивный разряд коммутирующего конденсатора 16 через коммутирующий дроссель 17 по двум контурам, в одном из которых находится обратный диод 10 и конденсатор 5 фильтраделителя в другом - подключаемая к выходным выводам 7, 12 нагрузка, при этом на тиристоре 8 создается обратное напряжение, равное падению напряжения на обратном диоде 10, чем обеспечиваются условия для восстановления вентильной прочности тиристора 8, Момент i,. соответствует максимальному значению тока коммутационного интервала () момент t заканчивается коммутационный период, восстанавливаются прямые напряжения на тиристорах 8 и 9, равные напряжениям на конденсаторах 5,6 фильтра-делителя. При поступлении в момент ig отпирающего импульса на тиристор 9 второго плеча инвертора начинается формирование прямоугольного импульса отрицательного- полупериода (фиг.3 « ) выходного напряжения и начинается заряд (фиг.З.е) коммутирующего конденсатора 16 через дополнительный 13 и коммутирующий 17 дроссели напряжением обратной, по сравнению с интервалом г з, полярностью, при этом напряжение на тиристоре 9 и обратном диоде II равно нулю (фиг.За), а на тиристоре 8 и обратном диоде 10 становится равным входному (фиг.ЗЧ|). Зарядный ток в момент t достигает максимального значения, К концу заряда конденсатора 16 (момент tg) до уровня напряжения источника поступает отпирающий импульс (фиг.З г) на вспомогательный тиристор 15, после fero начинается интенсивный разряд коммутирующего конденсатора 18 через коммутирующий дроссель 17 по двум контурам, в одном из которых находится обратный диод Пи конденсатор 6 фильтра-делителя, в другом .подключаемая к выходным выводам 7,12 нагрузка. На тиристоре 9 при этом создается обратное напряжение, рав-, ное падению напряжения на обратном диоде 11, чем обеспечивается условия для восстановления вентип1 ной прочности тиристора 9. В коммутационном интервале tg момент t соответствует максимальному току (фиг,2е). После .завершения коммутационного периода с момента i. восстанавливаются прямые напряжения на тиристорах 8, 9, равные напряжениям соответственно на конденсаторах 5, 6 фильтра-делителя. На выход ных выводах 7, 12 при этом напряжение отсутствует. Моментом заканчивается рассматриваемый период и начинается следующий, в котором процессы повторяются. Таким образом, разделение в полупериода процессов заряда коммутирующего конденсатора по одной цепи и его разряда в интервале коммута-г ции по другой цепи повышает надежность работы, а также по-зволяет сократить габариты коммутирующих элементов , так как величина емкости коммутирующего конденсатора 16 и величина индуктивности коммутирзпоще дросселя 17, и, следовательно, их габариты определяются не длительностью полупериода формируемого выходного переменного напряжения, а лишь временем запирания тиристоров Последнее во много раз меньше полупериода, особенно при формировании напряжения низкой частоты. При минимальной емкости коммутирующе-. го конденсатора 16, необходимой для запирания тиристоров 8, 9, зарядный ток дополнительного дросселя 13 не велик. Это позволяет.существенно сократить габариты коммутирующих элементов, особенно при низкой выходной частоте. Вариант автономного инвертора (фиг.2) работает следующим образом. При подаче отпирающих импульсов на тиристоры 8, 9 в моменты t., tfi (фиг,4) соответственно в первый и второй полупериоды заряд коммутирующего конденсатора 16 до напряжения источника одной НГЕИ другой полярности происходит по цепям: обмотка 19, дроссель 17, либо дроссель 13 и обмотка 18 дросселя. Цосле окончания заряда в момент t (либо tg) при поступлении отпирающего импульса на тиристор 14 либо 15 (к тиристору 8), либо 9 прикладывается обратное напряжение, которое в период коммутации плавно изменяет свою величину (фиг.4 к ). При этом на плече обратного диода 10 (фиг.4 з) поддерживается незначительное падение напряжения из-за прохождения разрядного тока коммутирующего конденсатора 16. (фиг.4й ) по цепи 14-19-10-5, в результате чего на вькодных выводах 7,12, инвертора (фиг.4о) в этом интервале (t - tj) либо (tg - t,(j ) поддерживается напряжение практически равное напряжению на конденсаторе 5. или 6 фильтра-делителя. Таким образом, в этом варианте схемы обеспечивается более высокая коммутационная устойчивость ввиду того, что в период восстановления вентильных свойств (to-ti) шибо (tg tq) к тиристорам 8 либо 9 прикладьшается большее обратное напряжение, а затем прямое напряжение возрастает на скачком, а с меньшей скоростью в пределахвремени t4 - t 5 (tq - t,o), обеспечивая при этом низкое значение dU/dt в цослекоммутационный период. Таким образом, в данном-варианте автономного инвертора за счёт осуществления заряда коммутирующего конденсатора непосредственно после от- крытия тиристоров плеч, приложение большого обратного надржкения к тиристорам в период коммутации, снижения скорости нарастания прямого напряжения на тиристарах в послекоммутационный период, обеспечивается повьщхенная, по сравнению с прототипом, коммутационная устойчивость и повьш1енная надежность работы, особенно в пусковых и переходных -режимах.

У

12 -ф

1. Автономныйинвертор, содержащий подключенные ко входйым выводам два последовательно соединенных тиристора, защунтированных обратными диодами, точка соединения которых подключена к последовательно соединенным коммутирующим дросселю и конденсатору и через цепь нагрузки - к выводу нулевого потенциала, а также два вспомогательных тиристора, о тличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы, он снабжен дополнительным дросселем, зашунтированным встречно-параллельно соединенными вспомогательными тиристорами и включенным между точкой соединения тиристоров и коммутирующим дросселем, а коммутирующий конденсатор соединен с выводом нулевого потенциала. 2. Автономный инвертор, содержа-, щий подключенные ко входным выводам два последовательно соединенных тиристорных клеча, зашунтированных обратными диодами, точка соединения которых подключена к последовательно соединенным коммутирующим дросселю и конденсатору и через цепь нагрузки - к вьшоду нулевого потенциала, а также два последовательно соеди« ненных вспомогательных тиристора, отличающийся тем, что, с целью повьщ1ения надежности работы, он снабжен дополнительным дросселем, полуобмотки которого включены в тиристорные плечи и соединены общей точкой с коммутирующим дросселем, к точке соединения которого с конденсатором подключены общей jo точкой вспомогательные тиристоры, S9 соединенные другими своими электро:о :о :о дами с одноименными электродами тиристоров, подключенными к дополнительному дросселю, а коммутирующий конденсатор соединен с выводом нулевого потенциала

2 .1

/Ж-f

12

2 ЯЙ/г.2