Автономный тиристорный инвертор Советский патент 1985 года по МПК H02M7/515 

к npeoepasof Изобретение относится ватегьной технике и предназначено для применения в мощных электроприводах, в том числе в тяговых, для частотного управления асинхронными короткозамкнутьп электродвигателями. Известны автономные инверторы, содержащие соединенные по мостовой схеме основные вентили, обратные вентили, коммутирующие конденсаторы и дроссели. Широкое распространение получили инверторы с так назьшаемой мягкой принудительной коммутацией основных вентилей, когда коммутирующие конденсаторы и дроссели образуют последовательные -колебательные контуры 1. Недостатки указанныхсхем автономных инверторов заключаются в наличии накопления энергии в контуре принудительной коммутации и в малом обратном напряжении, прикладываемом к запираемым в процессе коммутации тиристорам Вследствие накопления энергии напряжение на коммутирующем конденсаторе превышает максимальное значение напряжения основного источника питания что ведет к необходимости либо завышать класс полупроводниковых вентилей во избежание снилсения надежности, либо прибегать к последовательному соединению их, в результате чего увеличивается масса и объем устройства.. При малом обратном напряжении, меньшем порядка 100 В, время выключения тиристора повышается в 2-3 раза ввиду чего приходится увеличивать установленную мощность коммутирующих конденсаторов и дросселей, а следовательно, массу и объем устройства. Причем увеличение времени выключения тиристора не лимитируется заводамиизготовителями, с чем связана неопре деленность в выборе параметров узла коммутации, и отсутствуют гарантии в надежном принудительном отключении тиристоров. Наиболее близким по технической сущности является устройство, содержащее мост основных и мост обратньпс вентилей, а также блок принудительной коммутации, включающий коммутиру ницие конденсаторы и дроссели, вспомо гательные трансформаторы, первичные обмотки которых включены в цепь постоянного тока обратных вентилей, а вторичные обмотки- подключены к вспомогательному вентильному выпряМите114ю, выход которого подключен к соответствующим полюсам основного источника питания 2. Наличие вспомогательного трансформатора частично решает проблему повышения обратного напряжения на запираемом тиристоре, однако обратное напряжение нестабильно вследствие нестабильности напряжения на первичной обмотке вспомогательного трансформатора, поскольку его вторичная обмотка подключена к основному источнику питания, величина напряжения которого изменяется в широких пределах. В результате этого время восстановления запирающих свойств основного вентиля, отключаемого в процессе принудительной коммутации, увеличивается при низком напряжении основного источника питания, а при высоком напряжении основного источника величина обратного напряжения будет значительной, что создаст перенапряжение для вентилей плеча, противоположно запираемому. Радикальных мероприятий для борьбы с накоплением энергии не предусмвтрено. Таким образом, для надёжной работы известного устройства требуется электрооборудование повьшенной установленной мощности и, следовательно, большей массы и объема. Цель изобретения - снижение массы и объема и повьш1ёние надежности путем снижения уровня напряжения.на элементах инвертора. Поставленная цель достигается тем, что в автономном тиристорном инверторе, содержащем.соединенные по мостовой схеме основные вентили,мост обратных вентилей, коммутирующие конденсаторы и дроссели, вспомогательные трансформаторы первичные обмотки которых включены в цепях постоянного тока обратных вентилей, а вто ричные обмотки подключены к вспомогательным вентилям, каждый вспомогательньш трансформатор снабжен дополнительной обмоткой, соединенной через введенные вентили с разноименными полюсами основного и дополнительно .введенного источников питания, а вторичные обмотк« вспомогательных трансформаторов через вспомогательные вентили подключены к дополнительно введенному источнику. Кроме того, дополнительно введенный, источник подключен к основному

источнику через коммутирующие конденсаторы.

Па чертеже тэелставлен пример исполнения схемы автономного тиристорного инвертора.

Инвертор состоит из основных тириторов 1, соединенных по мостовой схеме, подключенной к звену постоянного напряжения, и обратных диодов 2 также собранных по мостовой схеме, подключенной к звену постоянного напряжения через резисторы 3,1 и 3.2. Питание инвертора осуществляется от основного источника 4, шунтированно- го конденсатором 5 фильтра. К выходным фазам инвертора подключена нагрузка 6. Узел принудительной коммутации основных тиристоров 1 инвертора содержит ко:ммутирукнцие тиристоры 7, соединенные по мостовой схеме, подключенной через коммутирующие дроссели 8.1 и 8.2. к дополнительному введенному источнику 9. Здесь коммутирующие дроссели установлены на CTOроне постоянного тока моста 7, однако возможна их установка и на стороне переменного -тока в фазах.

Дополнительный источник содержит RC-фильтр, образованный резисторами 10.1 и 10.2 и конденсатором 11. Напряжение дополнительного источника равно максимальному напряжению основнего источника питания. Между основным и дополнительным источниками включены коммутирующие конденсаторы 12.1 и 12.2. Вспомогательные трансформаторы 13.1 и 13.2 содержат первичные обмотки 14.1 и 14.2, вторичные обмотки 15.1 и 15.2 и дополнительные обмотки 16.1 и 16.2. Первичные обмотки подключены параллельно резисторам 3.1 и 3.2. Дополнительные обмотки 16.1 и 16.2 через диоды 17.1 и 17.2 включены между разноименными полюсами основного и дополнительного йстрчНИКОВ. Так, дополнительная обмотка

16.1первого вспомогательного трансформатора 13.1 через диод 17.1 подключена к положительному полюсу вспот могательного-источника питания и отрицательному полюсу основного источника питания, дополнительная обмотка

16.2через диод 17.2 подключена к отрицательному полюсу вспомогательного источника и положительному полюсу основного источника питания, Вторичные обмотки 15.1 и 15.2 через диоды 18.1

18.2 подключены к вспомогательному источнику.

Устройство работает следующим образом.

Включен основной тиристор 1, конденсаторы 5 и 12.2 заряжены до напряженин источника 4, «онденсаторы 11 и 12.1 - до напряжения источника 9, как показано на чертеже. Для отключения тиристора 1 включ 1К)т коммутирующий тиристор 7. При этом конденсатор 12.1. начинает разряжаться по цепи дроссель 8.1 - мост 7, - тиристоры 1, а конденсатор. 12.2 - по цепи конденсатор 11 - дроссель 8.1 ,- тиристоры 1 .- конденсатор 5. Когда суммарный ток разряда конденсаторов 12.1 и 12.2 достигнет, уровня тока нагрузки в тиристоре 1, последний обесто чится и начнет восстанавливать запирающие свойства. -Ток-нагрузки-переходит в узел, коммутации, а избыток коммутационного тока протекает по цепям конденсаторы 12- - дроссели 8 тиристоры 7 моста - диоды моста

резисторы 3.1 и 3,2V 2 конденсатор

источник 9 12.1, 12,2.

Коэффициент -трансформаций от обмотки 14.1 к обмотке 15.1 выбирается таким, чтобы падение, напряжения на обмотке 14.1-было равно 50-100 В, т.е. таким, которого достаточно для приложения к отключаемому«тиристору 1 в обратном направлении, чтобы время восстановления его запиракщих свойств было не более, паспортного.. Таким образом, падение напряжения на.обмотке 14,1 устанавливаете на уровне 50-« 100 В и остается неизменным в течение, протекания избытка коммутационного тока по обмотка 14.1, поскольку на вторичной стороне трансформатора 13.1

включен диод 18.1.и к обмотке 15.1 приложено практически неизменное на-, пряжение конденсатора 11,

Падение напряжения на обмотке 14,1 прикладьшается -к отключаемому тиристору 1 по контуру тиристоры мостд

резисторы 3,1,3,2

диоды 2 мос

обмотки 14,1,. 14.2 та - тиристоры. 1 моста в обратном наравлении. Избыток коммутационного тока, протекающий по обмотке 14,1, астично .трансформируе-тся.в -обмотку 15.1 и протекает по контуру обмот511ка 15.1 .- конденсатор 11 - диод 18.1обмотка 15.1, восполняя потери в конденсаторе 11 от его разряда. При этом на обмотке, 14.1 устанавливается напряжение на уровне 50-100. В процессе коммутации конденсаторы 12.1 и 12.2 перезаряжаются. Когда напряжение обратной полярности на конденсаторе 12.1 превысит напряжение конденсатора 5 на 50 - 100 В, а напряжение обратной полярности на конденсаторе 12.2 превысит на 50-100 В величину напряжения конденсатора 11, откроется диод 17.1 и начнет пропускать часть коммутационного тока по цепи дроссели 8 - тиристоры 7 моста - ди резисторы 3.1, 3.2 оды 2 моста s обмотки 14.1,14.2. / - конденсатор 5 - диод 17.1 - обмотка 16.1 - дроссели 8. При этом часть энергии дросселя 8 поступает в конденсатор 5 и конденсатор 11,трансформируясь из обмотки 16.1 в обмотку 15.1. Наконец, ток-в дросселе 8 спадает до нуля и коммутационньй процесс заканчивается. 96 По сравнению с известным предлагаемый инвертор проще. Величина напряжения, прикладываемого к основным тиристорам преобразователя, не превышает суммы максимального напряжения основного источника питания и падения напряжения на первичных обмотках вспомогательного трансформатора. Поскольку второе слагаемое не превышает 100 В, оно не влияет на величину установленной мощности коммутирующих элементов, иными словами не ведет к увеличению массы и объема электрооборудования, как в известном устройстве. Кроме того,- стабильное обратное напряжение на отключаемых тиристорах, создаваемое при помощи первичных обмоток вспомогательного трансформатора, обеспечивает время отключения основных тиристоров не более паспортного, что гарантирует.надежность коммутационных процессов при минимальной установленной мощности, следовательно, минимальных массе и объеме устройства.

1. АВТОНОМНЫЙ ТИРИСТОРНЫЙ ИНВЕРТОР, содержащий соединенные по мостовой схеме основные вентили, мост обратных вентилей, коммутирующие конденсаторы и дроссели, вспомогательные трансформаторы, первичные обмотки которых включены в цепях постоянного тока обратных вентилей, а вторичные обмотки подключены к вспомогательным вентилям, отличающийся тем, что, с целью снижения массы и объема и повышения надежности путем снижения уровня нзпряжения на элементах инвертора, каждьй вспомогательный трансформатор, снабжен дополнительной обмоткой, соединенной через введенные вентили с разноименными полюсами основного и дополнительнее введенного источников питания, а вторичные обмотки вспомогательных трансформаторов через вспомогательные вентили подключены к до- 5 полнительно введенному источнику. (Л 2. Инвертор ПОП.1, отличающийся тем, что дополнительно введенный источник подключен к-основ ному источнику через коммутирующие конденсаторы.