Инвертор для преобразования постоянного напряжения в одно- или многофазное переменное напряжение с защитой Советский патент 1986 года по МПК H02H7/10 

плеч 5, 6 н снабжены средними выходными выводами 4. Плечи 5, 6 снабжены начальными 7, 8 и концевыми 9, 10 полюсными зажимами. По крайней мере один из полумостов содержит в плечах один из тиристоров 11, 12, блок контроля закрытого состояния тиристоров (БКЗСТ) 13 и блок управления (БУ) 18. БКЗСТ 13 включает датчики состояния тиристоров, входные вьшоды каждого из которых подключены к начальному 7 (8) и концевому 9 (Ю) полюсным зажимам. БУ 18 включает генератор тактовых импульсов (ГТИ) с выходными зажимами по числу фаз, регулятор тока и узел формирования импульсов управления тиристорами (УФИУТ). В инвертор введен также блок принудительной комР1зобретение относится к электротехнике, а именно к силовой преобразовательной технике, и может быть использовано в инверторах для преобразования постоянного напряжения н одно- или многофазное переменное напряжение с зажитой.

Цель изобретения - повышение надежности и упрощение устройства.

На фиг. 1 представлена функциональная схема инвертора для преобразования постоянного напряжения в одно- или многофазное переменное напряжение с защитой; на фиг. 2 пример выполнения инвертора ,с. несколькими последовательно включенньши тирис торами в каждом плече моста; на фиг. 3 - схема блока контроля состояния тиристоров; на фиг. 4 - схема блока принудительной коммутации; на фиг. 5 и 6 - схемы соединелия блокаг ,принудительной коммутации с нагрузкой; на фиг. 7 - схема инвертора, второй полумост-которого содержит конденсаторы.

Инвертор для преобразования постоянного напряжения в одно- или многофазное переменное напряжение с защитой, выполненный по мостовой схеме, содержит по крайней мере I и 2 полумосты, каждый из которых включен

245267

мутации 23, включенный между выходами 24, 25 БУ 18 и средними вывода- . ми 4 полумостов 1,2. БКЗСТ 13 снабжен элементом совпадения, входами соединенным с выходами датчиков состояния тиристоров, ГТИ и регулятора тока, а выходом,- с входом УФИУТ. Вход регулятора тока подключен к выходу ГТИ. Благодаря запрещению отпирания всех тиристоров предотвраща- щается недопустимая нагрузка напряжением на неповрежденный тиристор и возможное пробивное короткое замыкание плеча полумоста. В инверторе обеспечивается синхронная работа БКЗСТ 13 и блока принудительной коммутации 23, введение которого щает соединения между инвертором и нагрузкой 44, 5 з.п. ф-лы. 7 ил.

между вывЪдами 3 для. подключения источника постоянного напряжения, снабжен средним выходным вьгоодом 4 и включает в себя последовательно соединенные плечи 5 и 6, которые снабжены начальными 7 и 8 и концевыми 9 и 10 полюсными зажимами. Первый полумост 1 содержит в каждом плече 5 и 6 один тиристор 11 и 12, блок 13 контроля закрытого состояния тиристоров, включающий в себя датчики 14 и 15 состояния тиристоров, входные вьгео- ды 16 и 17 каждого из которых подключены к начальному и концевому полюсным зажимам каждого из двух после- до.вательно включенных плеч 5 и 6 первого- полумоста 1, блок 18 управления, включающий в себя генератор 19 тактовых импульсов, имеющий выходные зажимы 20 по числу фаз, регулятор 21 тока и узел 22 формирования импульсов управления тиристорами , блок 23 принудительной коммутации, первым и вторым входами подключенный к перво

му 24 и второму 25 выходам блока 1В

управления, а выходом - к средним выходньм выводам полумостов, блок 1 3 контроля закрытого состояния тирис- т оров снабжен элементом 26 совпадения, первый вход 27 которого подключен к выходу 28 и 29 датчиков 14

3

и 15 состояния тиристоров, второй вход 30 подключен к выходу 20 генератора 19 тактовых импульсов, третий вход 31 подключен к выходу 32 регулятора 21 тока, вход которого подключен.к выходу 20 генератора 19 тактовых импульсов, а выход 33 элемента 26 совпадения подключен к входу 34 узла 22 формирования импульсов . управления тиристорами.

Дополнительно каждое из двух последовательно соединенных плеч 5 и 6 первого полумоста 1 содержит несколько тиристоров 11 и 12, включенных последовательно. Блок 13 контроля закрытого состояния тиристоров снабжен соответствующим количеством датчиков 14 и 15 состояния тиристоров, вход 16 и 17 каждого из которых подключен параллельно соответствующему тиристору 11 и 12, а выходы - к соответствующим дополнительно введенным входам элемента 26 совпадения

Блок 23 принудительной коммутации содержит трансформатор 35, включающий в себя первичную обмотку 36 и по крайней мере одну вторичную обмотку 37. Первичная обмотка 36 включена между средними выходными выводами 4 первого 1 и второго 2 полумостов, а вторичная обмотка 37 соединена с узлом 38 коммутации, состоящим ИЗ последовательно соединенных дросселя 39, конденсатора 40 и встречно-параллельно включенных вспомогательных тиристоров 41 и 42, управляющие элект роды которых использованы в качестве входов блока 2 принудительной коммутации. Трансформатор 35 блока 23 принудительной ком мутации может содержать дополнительную вторичную обмотку 43, выводы которой могут быть использованы в качестве выходных выводов для подклю- чения нагрузки 44.

Второй полумост 2 содерлдат в каждом плече 5 и 6 по крайней мере один конденсатор 45 и 46, а блок 47 контроля отклонения уровня напряжения от заданного одним входом 48 соединен с одним из выводов 3 для подключения источника постоянного напряжения , другим входом 49 соединен со средним выходным выводом 4 второго полумоста 2, а выходом 50 соединен с первым входом блока 13 контроля закрытого состояния тиристоров.

2452674

Инвертор работает следующим образом.

10

15

20

25

Блок 13 контроля закрытого состояния тиристоров выполнен таким образом, что, если два последовательно включенных управляемых плеча 5 и 6 (фиг. О заперты в направлении проводимости (т.е. плечи 5 и 6 задерживают проводимость) то блок 13 выдает блоку 18 управления команду для отпирания тиристоров 11 и 12, под действием которой блок I8 управления выдает стоящим на очереди в линии тиристорам 11 и 12 команду отпирания. Если одно из плеч 5 и 6 должно быть в направлении проводимости в проводящем состоянии, то блок 13 контроля закрытого состояния тиристоров через блок 18 управления запрещает отпирание тиристоров 11 и 12, запертых в направлении проводимости плеч-5 и 6. Блок 13 контроля закрытого состояния тиристоров может осуществлять эффективный контроль только в том случае, если принудительная коммутация тиристоров П и 12. осуществляется независимо от отпирания тиристоров, т.е. прекращение проводимости проводящего тока тиристора 1I посредством принудительной коммутации не зависит от отпирания тиристора 12, Поэтому инвертор .снабжен независимьгм от тиристора 11 и 12 блоком 23 принудительной коммутации, который управляется блоком 18 управления синхронно с сигналом по меньшей мере одного выходного зажима 20 генератора 19 тактовых импульсов. По этой- прнчине блок 18 управления снабжен выходами 24 и 25, выдающими в полупериодах раздельно по фазе, изменяющую электрический уровень сигнала, находящуюся по отношению друг к другу в про- тивофазе команду запирания.

Напряжение запирания тиристоров 11 и 12 управляемых плеч 5 и 6 моста в направлении проводимости значительно выше, чем возникающее в электрической цепи падение напряжения в направлении проводимости. Запертое состояние обоих тиристоров 11 и 12 в направлении проводимости указывает на надежность плеч 5 и 6 моста инвертора с мостовой схемой. Ни открытое состояние одного тиристора, ни запертое состояние другого в направлении проводимости обоих тиристоров 11

30

35

40

45

50

55

и 12 не указывает на ошибки, если блок 23 принудительной коммутации способен под воздействием запирающей команды выходов 24 и 25 прекращать проводимость проводящего тиристора.- Если прекращения не происходит, то проводящее состояние одного тиристора и запертое состояние другого в направлении проводимости указывает на ошибку, в этом с.пучае блок 13 контроля закрытого состояния тиристоров запрещает дальнейшую работу инвертора.

Когда полумост 1 содержит в после довательно включенных управляемых плечах 5 и 6 по нескольку тиристоров 11 и 12 при одном, задерживающем проводимость, запертом в направлении проводимости состоянии всех тиристо ров 11 и 12, последовательно включен .ных обоих управляемых плеч 5 и 6 моста, блок 13 контроля закрытого состояния тиристоров выдает блоку 18 управления команду для отпирания стоящих на очереди тиристоров 11 или 12„ Если один из тиристоров 11 и 12 находится в направлении проводимости в проводящем состоянии, то блок 13 .контроля закрытого состояния тиристо ров запрещает через блок 18 управления .отпирание, запертого в направлени проводимости плеч 5 и 6 моста. Если величина напряжения питания требует наличия нескольких тиристоров в от- дельных плечах моста, то при безуспешном запирании или повреждении какого-либо тиристора 11 или 12 или недостаточной запираемости в направлении проводимости блок 13 контроля закрытого состояния тиристоров предотвращает недопустимую нагрузку напряжением неповрежденного тиристора в направлении проводимости и возможное пробивное короткое замыкание плеча моста тем, что запрещается отпирание всех тиристоров, вследствие чего входное постоянное напряжение попадает как на тиристоры неповрежденного плеча моста, так и: на непов- режденные тиристоры поврежденного плча моста (фиг. 2).

На вьгкодах 28 и 29 датчиков 14 и 15 состояния тиристсров (фиг. 3) меняется логический уровень сигнала при изменении состояния тиристоров 1 и 12. Этот сигнал поступает на вход элемента 26 совпадения. На выходе 33

.

25

5 10 35 О50 е551 7

. 30

элемента 26 совпадения присутствует сигнал в том случае, когда датчики 14 или 15 состояния тиристоров регистрируют запертое в направлении проводи-мости состояние плеч 5 и 6 моста и через выходы 28 и 29 подают соответ- ствуюш1ий сигнал на вход 27, на входе 31 присутствует сигнал, а поданный -на вход 30 сигнал от генератора 19 тактовых импульсов не отменяет разрешение на появление указанного выходного сигнала элемента совпадения. Сигнал выхода 33 отменяется генератором 19 тактовых импульсов через вход 30 при следующем чередовании тактовых импульсов. Вслед за этим блок 13 контроля закрытого состояния тиристоров контролирз ет неоднократно состояние управляемых плеч 5 и 6 моста в направлении проводимости и, пока не поступает сигнал о запертом состоянии в направлении проводимости, запрещается управление плечами 5 и 6 моста и отпирание тиристоров 11 и 12. Контроль управляемых плеч моста и тиристоров плеч моста инвертора с мостовой схемой в отношении проводимости и запирании, а также -остановка действия до восстановления запертых состояний могут осуществляться только тогда, когда инвертор с целью запирания по меньшей мере одного тиристора 11 нли 12 управляемых плеч 5 и 6 моста путем принудительной коммутации снабжен блоком 23 принудительной кoм fyтaции5 независимым от запирания тиристора . 1 1 или 12. t

Конденсатор 40 (фиг. 4) узла 38 . ком утации, входящего в состав блока 23 принудительной коГ мутацин, потребляет необходимую для процесса принудн тельной коммутации энергию через трансформатор 35, а именно в средних выходных точках 4, посредством отпирания соответствугащего полярности вспомогательного тиристора 41 или 42. Конденсатор 40 передает необходимую для запирания путем принудительной коммутации энергию при помощи отпирания соответствующего вспомогательного тиристора 41 или 42 определяемым состоящим из конденсатора 40 и последовательно включенного дросселя 39 колебательным контуром способом через трансформатор ,35. средние точки 4 назад к плечам

моста, вследствие чего запирается проводящий тиристор 11 или 12. Во время этого процесса определяемым колебательным контуром способом меняется полярность напряжения конденсатора 40, и потеря энергии возмещается трансформатором 35 в ходе отпирания соответствующего тиристора 11 и 12, Предпосылка этого заключается в том, что вспомагательные тиристоры 41 и 42 должны получать длящийся в течение полупериода сигнал отпирания, соответствующий функциональной частоте инвертора. Для этого блок 18 управления снабжен выходами 24 и 25, выдающими в полупериодах отдельно для каждой фазы изменяющую уровень сигнала, действующую по отношению друг к другу в противофазе команду запирания.

Предлагаемая схема инвертора обеспечивает синхронную работу -блока 13 контроля закрытого состояния тиристоров и блока 23 принудительной коммутации, так как в момент начала принудительной коммутации генератор 19 тактовых импульсов через один выходной зажим 20 и вход 30 элемента 26 совпадения отменяет сигнал выхода 33 блока 13 контроля закрытого состояния тиристоров и допускает .выдачу нового командного сигнала только тогда, когда блок 13 контроля закрытого состояния тиристоров регистрирует запертое в направлении проводимости состояние управляемых плеч 5 и 6 моста. Блок 23 принудительной коммутации трансформирован- но отделяется от входа постоянного напряжения, благодаря чему рабочее напряжение элементов узла 38 коммутации вследствие трансформированной передачи может выбираться самым удоб ным с технической и экономической точки зрения образом.

Предлагаемое выполнение блока 23 принудительной коммутации дает возможность упрощения соединения между инвертором и нагрузкой. Узел 38 коммутации блока 23 принудительной коммутации и нагрузка 44 могут параллельно соединяться с вторичной обмоткой 37 трансформатора 35, вследствие чего, трансформатор 35 может выполнять двойную задачу. Это преимущество может использоваться также в том случае, если узел коммутации 3

должен гальванически отделяться от нагрузки 44 с переменным напряжением. По этой причине трансформатор 35 (фиг 5) снабжен дополнительной вторичной обмоткой 43, причем узел коммутации 38 соединен с вторичной обмоткой 37, а нагрузка 44 - с дополнительной вторичной обмоткой 43.

Если в инверторе второй полумост содержит в каждом плече один конденсатор, в него вводится блок 47 контроля отклонения уровня напряжения (фиг. -7) который выполнен таким образом, что при отклонении напряжения от существующего на входах 48 и 49 уровня напряжения в любом направлении - будь это повышение или падение - функционирует как блок, изменяющий на выходе 50 логический уровень сигнала и посредством сигнала с выхода 50 выдает команду запрета отпирания тиристоров П и 12, имеющихся в плечах 5 и 6 первого полумоста 1.

Запрещающая отпирание команда выхода 50 может непосредственно запрещать отпирание тиристоров 11 и 12 через блок 13 контроля закрытого состояния тиристоров или через блок 18 управления. Если запирание тиристора 12 или 11 управляемого плеча 5 и 6 моста или прерьшание проводимости посредством принудительной коммутации остается безуспешным, или один

из тиристоров 11 и 12 теряет способность к запиранию в направлении проводимости, то блок 13 контроля закрытого состояния тиристоров запреща-. ет отпирание тиристора 11 или 12, принимающего запирающее напряжение плеча 5 или 6. Конденсаторы 45 и 46 через остающийся в проводящем состоянии тиристор 11 или 12 деактивируют формирующееся по отношению к входу постоянного напряжения запирающее напряжение. Если эта ошибка вытекает из безуспешного запирания при помощи принудительной коммутации, то прекращается проводимость, остающегося в- проводящем состоянии тиристора 11 или 12, как только ток падает ниже значения удерживаемого тока. Тиристор 11 или 12 принимает запирающее напряжение в направлении про-- водимости, вследствие чего блок 13 контроля закрытого состояния тиристоров опять начинает работать; Ecitfi

напряжение входа постоянного напряжения повьшается,, то блок 47 контроля отклонения уровня напряжения прекращает работу таким образом, чт не допускается отпирания тиристоров 11 и 12. Последние попадают в запертое состояние в направлении проводимости, так как блок 23 принудительной, коммутации прекращает проводимость проводящего в данньй момент тиристора 11 или 12, В этом случае последовательно включенные, запертые тиристоры 11 и 12 принимают повышенное постоянное напряжение входа постоянного напряжения, что влечет за собой значительно более высокий допуск напряжения инвертора с мостовой схемой по сравнению с ег эксплуатационной функцией.

Формула изобретени

. Инвертор для преобразования постоянного напряжения в одно- или многофазное переменное напряжение с защитой, выполненный по мостовой схеме, содержащий по крайней мере один первый и другой второй полумосты, каждь й из которых включен между выводами для подключения ис- точника постоянного напряжения, снабжен средним выходным выводом и включает в себя последовательно соединенные плечи, которые снабжены начальными и концевыми полюсными зажимами, а по крайней мере один первый полумост содержит в каждом плече один тиристор, блок контроля закрытого состояния тиристоров, включающий в себя датчики состояния тиристоров, входные выводы каждого из которых подключены к начальному и концевому полюсным зажимам каяодого двух последовательно включенных пле по крайней мере первого полумоста, блок управления, включающий в себя генератор тактовых импульсов, имеющий выходные зажимы по числу фаз, регулятор тока и узел формирования импульсов управления тиристорами, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и упрощения устройства, в него введен блок принудительной ком гутации, пер пым и вторым входом подключенньй к первому и второму выходам блока уп- аавления, а выходом - к средним выходным выводам полумостов, при этом блок контроля закрытого состояния тиристоров снабжен элементом совпадения, первый вход которого подключен к выходу датчиков состояния тиристоров, второй .вход подключен к выходу генератора тактовых импульсов, третий вход подключен к выходу

регулятора тока, вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, а выход элемента совпадения подключен к входу узла формирования импухшсов управления тиристорами.

2. Инвертор по п. 1, о т л и - чающийся тем, что дополнительно каждое из двух последовательно соединенных плеч первого полумоста содержит несколько тиристоров, включенных последовательно, блок контроля закрытого состояния тиристоров снабжен соответствующим количеством датчиков состояния тиристоров, вход каждого из которых подключен пэ-раллельно соответствующему тиристору, а выходы - к соответствующим дополнительно введенным входам элемента совпадения,

3. Инвертор по пп, I, 2, о т л и- чающийся тем, что блок принудительной коммутации содержит трансформатор, включающий в себя первичнугс обмотку и по крайней мере

одну вторичную обмотку, первичная обмотка которого включена между средними выходными выводами первого и второго полумостов, а вторичная обмотка соединена с узлом коммутации,

состоящим из последовательно соединенных дросселя, конденсатора и встречно-параллельно включенных вспо- могатальных тиристоров, управляющие электроды которых использовань в

качестве входов блока принудительной коммутации,

4. Инвертор по пп. 1-3, о т л и - чающийся тем, что выводы узла кoмl fyтaции подключены к вторичной

обмотке трансформатора блока принудительной коммутации и использованы в качестве дополнительных выходных выводов.

5, Инвертор по пп. 1-4, о т л и чающийся тем, что трансформатор блока принудительной коммутации содер шт дополнительную вторичную обмотку, причем узел коммутации

соединен с вторичной обмоткой трансформатора, а выводы дополнительной вторичной обмотки использованы в качестве дополнительных выходных выводов .

6. Инвертор по пп. -5, отличающийся тем, что по крайней мере другой второй полумост содержит в каждом плече по крайней мере один

конденсатор, кроме того в него введен блок контроля отклонения уровня напряжения от заданного, причем один 5 вход упомянутого блока соединен с одним из выводов для подключения источника постоянного напряжения, другой вход соединен со средним выходным выводом второго полумоста, а выход 10 соединен с первым входом блока контроля закрытого состояния тиристоров.

11

12

срие.2

.50

TJ-44

1

. «Д

Изобретение относится к о бласти электротехники и может быть использовано в инверторах для преобразования постоянного напряжения в одно или многофазное переменное напряжение с защитой. Цель изобретения - повьшение надежности и упрощение устройства. Инвертор содержит по крайней мере два полумоста 1, 2, включенных между входными вьгаодами 3 .для подключения источника постоянного напряжения. Полумосты I, 2 состоят из последовательно соединенных а Р СО с Э- N5 4i)k 01 1C О ч f ы