Многофазный мостовой инвертор Советский патент 1985 года по МПК H02M7/515 

Изобретение относится к устройствам преобразования энергии постоянного тока на входе в энергию перемен ного тока на выходе с использованием .полупроводниковых приборов и может быть использовано для частотного регулирования высокоскоростных асинхронных и синхронных электродвигателей, а также в качестве источника вторичного питания радиоэлектронной аппаратуры.. Известен тиристорный инвертор, содержащий четыре инвертирующих моста с индивидуальной коммутацией. Каж дый инвертирую1дий мост выполнен из трех тиристорных стоек. Стойка состоит из последовательно соединенных первого и второго тиристоров, шунтированных первым и вторым обратными диодами. Выходное напряжение имеет форму кривой, близкую к синусоидальной, и угол проводимости каждого тиристора равен 1ВО эл.град что позволяет использовать инвертор для работы на нагрузку с О coetf без искажения формы выходного напряжения ll. Однако-в этом инверторе для переключения рабочего тиристора требуется по крайней мере один коммутирующий тиристор, что значительно усложняет устройство и повьппает его стоимость. Известен также трехфазный инверти рукячий мост с междуфазовой коммутацией, содержащий три тцристорные стойки. Каждая стойка состоит из цепочки последовательно соединенных первого тиристора, первого и второго отсекающих диодов и второго тиристора, которая шунтирована первым и вторым обратным диодами. Общая точка обратных диодов соединена с об щей точкой отсекающих диодов и образует выходной вывод инвертора. Катоды первых тиристоров всех трех стоек соединены коммутирующими 1С-ц пями в следующей последовательности 1-2-3-.1. Аноды вторых тиристоров всех стоек соединены коммутирующими цепями аналогично. Такое выполнение инвертора позволяет совместить в одном тиристоре функции рабочего и коммутирующего тиристора, что упрощает инвертор и снижает его стоимости 2 . Однако р данном инверторе угол проводимости тиристоров не превьш1ает 120 эл.град., что не позволяет использовать его при работе на нагрузку с cosif 0,56 без искажения формы выходного напряжения, а это значительно сужает область применения инвертора. Кроме того, при таком выполнении инвертора его выходное напряжение имеет прямоугольную форму, т.е. содержит гармоники высшего порядка. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является многофазный мостовой инвертор, содержащий девять тиристорнь1х стоек, каждая из: которых включает в себя цепочку последовательно соединенных первого тиристора, первого, и второго отсекающих диодов,второго тиристора, шунтированную первым и вторым обратными диодами, общая точка которых соединена с общей точкой отсекающих диодов и подключена к соответствующему входу блока суммирующих трансформаторов. Между катодами первых тиристоров, а также между анодами вторых тиристоров всех стоек включены коммутирующие LC -цепи. Инвертор содержит также блок управления, выходы которого соединены с управляющишг входами всех тиристоров. Тиристорные стойки образуют три трехфазных инвертируищих моста с междуфазовой коммутацией. Катоды первых тиристоров, а также аноды вторых тиристоров трех стоек каждого моста соединены коммутирующими LC-цепями в следующих последовательностях порядковых номеров тиристорных стоек: 1-2-3-1; 4-5-6-4; 7-8-9-7. I Такое выполнение инвертора обеспечивает суммирование прямоугольных напряжений трехфазных инвертирующих мостов, что позволяет получить форму кривой выходного напряжения, близкую к синусоидальной, и искгаочить гармонические составляющие ниже 17-го порядка QfJ, Однако в указанном инверторе угол проводимости каждого тиристора равен 120 эл.град., что также не позволяет использовать его при работе на нагрузки с cosif 0,56 .без искажения формы выходного напряжения и .сужает область применения инвертора. Цель изобретения - расширение области применения инвертора путем увеличения допустимого диапазона изменения характера нагрузки. Поставленная цель достигается тем, что в многофазном мостовом инверторе, содержащем девять тиристорных стоек, каждая из которых включает в себя цепочку последовательно соединенных первого тиристора, первого и второго отсекающих диодов, второго тиристора, шунтированную первым и вторым обратными диодами, общая точка которых соединена с обклей точкой отсекающих диод и подключена к соответствующему вхо ду блока суммирующих трансформаторо при этом между катодами первых тиристоров, а также между аноцами вторых тиристоров всех стоек включены коммутирующие ь-С-цепи, и блок управления, выход которого соединен с управляюп1ими входами- тиристоров, соединение, тиристоров коммутирующим :1С-цепями выполнено в следующей пос довательности порядковых номеров ти ристорных стоек: 1-5-9-4-8-3-7-2-6Блок управления содержит соединенные последовательно задающий генератор, делитель частоты импульсов, распределитель импульсов, дети .ратор и оконечный усилитель-формиро ватель импульсов. Соединение тиристоров в указанно последовательности порядковых номеров тиристорных стоек обеспечивает увеличение угла проводимости тиристоров до 160 эл. град., что поз.воляет использовать его при работе на нагрузки с 0. собЧб 0,86 без искажения формы кривой вьтходногр напр жения и,тем самым, расширить област применения инвертора. На фиг. 1 представлена принципиа ная схема предлагаемого инвертора; на фиг. 2 - принципиальная; схема бл ка управления инвертораJ на фиг. 3 диаграммы, поясняющие принцип работы блока управления; на фиг. 4 диаграммы импульсов управления силовыми тиристорами инвертора и выхо ного напряжения инвертора. I . . . Инвертор содержит тиристорные стойки 1-9, включенные между плюсовой 10 и минусовой 11 шинами источника постоянного напряжения. Каж дая тиристорная стойка 1-9 состоит из цепочки последовательно соединенных анодного тиристора 12, отсекающих диодов 13 и 14 и катодного 814 тиристора 15, шунтированйой обратными диодами 16 и 17. Тиристоры 12 и .15 являются одновременно рабочими и коммутирующими. Общая точка отсекающих вентилей 13 и 14 соединена с общей точкой обратных диодов 16 и 17, образуя выходной вывод стойки, который подключен к соответствующему входу блока 18 суммирующих трансформаторов. Между катодами тиристоров 17. всех стоек включены коммут грующие LC-цепи 19-27 в следующей последовательности порядковых номеров тиристорных стоек: между первой и пятой,пятой и девятой, девятой и четвертой, четвертой и восьмой, восьмой и третьей, третьей и седьмой, седьмой и второй, второй и шестой, шестой и первой или 1-5-9-4-8-3-7-2-6-1. В аналогичной последовательности между анодами тиристоров 15 всех стоек 1-9 включены коммутирующие LC-цепи 28-36. Управляющие входы тиристоров 12 и 15 инвертора подсоединены к блоку 37 управления (фиг. 2), вьтолненному в виде соединенных послбдовательно задающего генератора 38, делителя 39 частоты импульсов, распределителя 40 импульсов, дешифратора 4J и оконечного усилителя-формирователя 42 |импульсов. Задающий генератор 38 вьтолнен по схеме генератора регулируемой частоты на однопереходном транзисторе 43 и содержит peзиqт6pы 44-47 и конденсатор 48. Распределитель 40 импульсов содержит кольцевой счетчик, вьшолненный на триггерах 49, логические элементы (2И-НЕ) 50, интегрирующи цепочки 51 и 52 и подсоединенные к выходам триггеров 49 триггеры 53, счетные входы которых соединены через инвертор 54 с выходом генератора 38. Выходы распределителя 40 импульсов соединены с входом дешифратора 41. . Дешифратор 41 выполнен на восемнадцати элементах 2И-НЕ 55, выходы которьк соединены с входными зажимами оконечного усилителя-формирователя 42 импульсов. Оконечный усилитель-формирователь 42 импульсов выполнен по схеме однокаскадного усилителя и состоит из транзистора 56, импульсного трансформатора 57, диода 58--И резистора 5. 59. Выходы формирователя импульсов соединены с цепями управления силовых тиристоров 12 и 15 многофазного инвертора (фиг. 1). Инвертор работает следующим обра зом. Задающий генератор 38 вырабатывает импульсы 60 частотой IRf (фиг. 3). Частота импульсов задающего генератора 38 плавно регулируется резистором 44. ИмпульсЬт 60 поступают на делитель 39 частоты импульсов и инвертор 54. Делитель 39частоты импульсов делит частоту импульсов на три, после чего импульсы 61 поступают на триггеры 49 С выхода инвертора 54 импульсы поступают на счетные входы триггеров 53. На прямых и инверсных выходах триггеров 49 и 53 вьфабатыва ется последовательность импульсов 62-79 длительностьюТ . Для управления тиристорами 12 и 15 многофазного инвертора необходимо восемьнадцать импульсов длительностью 160 эл. гра ( ) , сдвинутых один отно :ительно другого на 20 эл.град. ( s ) Формирование указанных импульсоа осуществляется в дешифраторе 41, выполненном на основе логически элементов 2И-НЕ 55, и оконечном усилителе-формирователе 42. Так, для формидованияпервого управляющего импульса 80 (фиг. 4) сигналы 62 и 79 подаются -на входы соответст вующего элемента 2И-НЕ 55, а с выхода элемента 2И-ИЕ сигнал поступает на вход оконечного усилителя-фор мирователя 42. С выхода последнего импульс 80 поступает на управляющий йход тиристора 12 стойки 1. Таким образом, сочетанием сигналов . 62-79 образуется последовательность из восемнадцати управляющих сов 80-97, поступающая на управляющие входы тиристоров 12 и 15. Управляющие импульсы с четными номерами из -последовательности импульсов 80-97 поступают в порядке возрастания номеров на тиристоры 1 анодной группы вентильных стоек 1-9 соответственно. Четные управляющие импульсы имеют сдвиг по фазе 40эл. град.( ) . Управляющие импульсы с нечётным номерами из последовательности им- пульсов 80-97 поступа1бт на тиристо 816 ры 15 катодной группы стоек 1г9 и также-имеют сдвиг по фазе 40 эл.град. Четные управляющие импульсы, поступающие на тиристоры 12, и нечетные управляющие импульсы, поступающие на тиристоры 1.5 одной и той же стойки, имеют сдвиг по фазе 180 эл.град. В момент поступления импульса на управляющий вход тиристора 12 стойки 1 в проводящем состоянии находятся тиристоры 12 стоек 7 - .9, а тиристор 12 стойки 1 открывается и переводится в проводящее состояние. Через 160 эл. град, после поступления управляющего импульса 80 на тиристор 12 стойки 5 поступает управляющий импульс 88, поскольку сдвиг по фазе четных управляющих импульсов тиристоров 12 каждой стойки 1-2 равен 40 эл.град., а стойка 5 является четвертой по счету от стойки 1. Тиристор 12 стойки 5 открывается и конденсатор коммутирующей LC -цепи 19 разряжается по контуру реактор LC -цепи 19 - тиристор 12 стойки 1 - тиристор 12 стойки 5. Начальный ток разряда конденсатора LC-цепи 19 запирает тиристор 12 стойки 1 и Открывает обратньй диод 17 стойки -1. Затем по контуру реактор ЬС-цепи 19 - отсекающий диод 13 стой.ки 1 - обратный диод 17 стойки 1 тиристор 12 стойки 5 конденсатор LC-цепи 19 полностью разряжается. Процесс коммутации тиристора 12 стойки 1 завершается. Тиристор 12 стойки 1 закрыт. Таким образом, угол проводимости тиристора 12 стойки 1 равен 160 эл.град , Аналогичным образом происходит коммутация тиристора 12 стойки 5 с поступлением управляющего импульса 96 на вход тиристора 12 стойки 9. Угол проводимости тиристора 12 стойки 5 также составляет 160 эл.град. Таким образом, процесс происходит в последовательности порядковых номеров тиристорных стоек 1-5-9-4-8-3-7-2-6-1. Угол проводимости каждого тиристора 12 всех стоек составляет 160 эл. град. Моменты коммутации тиристоров 15 в -каждой стойке 1-9 отстают по фазе на эл.град. от моментов коммутации тиристоров 12, и процесс комму тации происходит в той же последовательности: 1-5-9-4-8-3-7-2-6-1. Напряжения на выходах стоек 1,4 и 7

71

имеют относительный сдвиг по фазе, равный 120 эл.град., и образуют первую трехфазную систему напряжения. Вторуя трехфазную систему напряжения образуют выходные напряжения стоек 2,5 и 8, третью - выходные напряже 1ия стоек 3, 6 и 9. Три трехфазные системы напряжений суммируются в выходных обмотках блока 18 суммирующих трансформаторов. Выходное напряжение инвертора 98 (фиг.4) имеет близкую к синусоидальной пяти362818

ступенчатую форму и не содержит гармонических составляющих ниже 17-го порядка при угле проводимости каждого тиристора, равном 160 эл.град 5 Расширение угла проводимости инвертора до 160 эл.град позволяет;использовать его для работы с нагрузкой, коэффициент мощности которой С cogcf S 0,86, без искажения формы 10 выходного напряжения и тем самым расширить область применения инвертора.

МНОГОФАЗНЫЙ МОСТОВОЙ ИНВЕРТОР, содержащий девять тиристорных стоек, каждая из которых включает в себя цепочку последовательно соединенных первого тиристора, первого и второго отсекающих диодов, второго тиристора, шунтированную первым и вторым обратными диодами, общая точ.ка которых соединена с общей точкой отсекающих диодов и подключена к соответствующему входу блока суммирующих трансформаторов,коммутирующие LC-цепи, включенные между катодами первых тиристоров, а также между анодами вторых тиристоров всех стоек, и блок управления, имеющий 18 выходных каналов с напряжениями в виде периодических последовательностей импульсов длительностью 160 эл.град. одинаковой частоты, со сдвигом по фазе последовательностей импульсов каждого последующего канала в 20 эл. град., соединенных с управляющими электродами первых и вторых § тиристоров, обеспечивающий алгоритм работы инвертора, при котором первые (Л тиристоры включаются с взаимным сдвигом по Лазе в 40 эл.град. в порядс ке возрастания номеров стоек 1-9, вторые тиристоры относительно первых в каждой стойке включаются со сдвигом 180 эл.-граД,, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения путём увеличения,допустимого диапазона : изменения характера нагрузки, соедйЭд ;нение тиристоров коммутирующими ю LC-цепями выполнено в следующей пос30 ледовательности порядковых номеров | тиристорных стоек:1-5-9-4-8-3-7-2-6-1.