Автономный инвертор Советский патент 1986 года по МПК H02M7/515 

12

Изобретение относится к электро- технике, в частности к силовой пре- , образовательной технике.

Известен автономный инвертор для управления асинхронным двигателем, выполненный по трехфазной мостовой схеме, содержащий накопитель на конденсаторах, источник напряжения с зарядным дросселем, коммутатор на тиристорах, задающий генератор, дискрет ные фазовращатели г датчиком ynpa,B.rie- ния и элемент временной задержки lj . Недостатком этого автономного инвертора является искажение формы выходного напряжения неканоническими гармониками от слабозатухающнх колебательных процессов обмена энергией между индуктивностями рассеяния асинхронного двигателя и конденсаторами накопителя, которые в данном инвертЬ- ре не отделяются от нагрузки в межкоммутационных интервалах. Кроме того, возможность появления постоянной составляющей на конденсаторах накопителя, что приводит к асимметрии углов восстановления тиристоров, т.е. к снижению коммутационной устойчивости Постоянная составляющая напряжения на конденсаторах накопителя появляется при любой несимт етрии управления из-за наличия в датчике управления трансформатора, через который информация о постоянной составляющей не передается.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к известному устройству является авто- номный инвертор, содержащий svi-фазный тиристорньм мост, выводы переменного тока которого соединены через коммутирующие конденсаторы с со- ответствуюпими выводами переменного тока m -фазног о диодного моста, а выводы постоянного тока диодного моста связаны с одноименными выводами постоянного тока тиристорного моста через коммутиру 0й1ие тиристоры, включенные согласно с диодами. Управлени тиристорами осуществляется от задающего генератора, выход которого подключен к входу блока распределения, распределяющего отпирающие импульсы по управляющим переходам тиристоров . В инверторе коммутирующие конденсаторы отключаются от нагрузки в межкоммутационных интервалах при достаточно высоких значениях сопротивления демпфирующего резистора,

с Q 5

5

0

5

0

5

что улучаьчет сЬорму выходного напряжения 2 и 3I .

Недостатком известного устройства является невозможность стабилизации напряжений на коммутирующих конденсаторах на заданном уровне с помощью известных схемных решений. Отсутствие стабилизации напряжения на конденсаторах и возможность появления неконтролируемой постоянной составляющей приводит к необходимости применения конденсаторов на большее напряжение, а также тнристоров и диодов более высоких классов, что.ведет к значительному удорожанию оборудования.

Цель изобретения - уменьшение стоимости конденсаторного и вентильного оборудования инвертора за счет снижения максимальных напряжений на коммутирующих конденсаторах путем стабилизации этих напряжений и предотвращения появления неконтролируемой постоянной составляющей.

Поставленная цель достигается тем, что автономный инвертор, содержащий трехфазный тиристорный мост, выводы переменного тока которого соединены через коммутирующие конденсаторы с соответствующими выводами переменного тока трехфазного диодного моста, выводы постоянного тока последнего связаны со одноименными выводами постоянного тока тиристорного моста через коммутирующие тиристоры, а также задающий генератор и блок распределения, формирующий управляю- пще импульсы для тиристорного моста и коммутирующих тиристоров, причем выход задающего генератора подключен к первому входу блока распределения, который своими выходами связан с управляющими переходами тиристоров, дополнительно снабжен дифференциальным усилителем, пороговым элементом с гистерезисной характеристикой и двумя делителями напряжения, причем первые плечи делителей содержат три собранные в звезду резистора, выходы которых подсоединены к выводам переменного тока тиристорного и диодного мостов соответственно, резисторы вторых плечей делителей включены- между нулевыми точками звезд и землей, выходы делителей подключены к инвертирующим и неинвертирующим входам дифференциального усилителя, выходом связанного через пороговый элемент с зторым входом блока распределения.

На фиг, 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы.

Тиристоры 1-6 образуют тиристор- ный мост 7, а диоды 8-13 - диодный мост 14. Выводы переменного тока ти- риеторного моста 7 соединены через коммутирующие конденсаторы 15 с соответствующими выводами диодного : моста 14, Выводы постоянного тока этого моста связаны с одноименными выводами тиристорного моста 7 через коммутирующие тиристоры 16 и 17. Напряжение на коммутирующих конденсаторах 15 измеряется двумя делите- лями 18 напряжения, одно плечо каждого из них содержит три резистора 19, собранные в звезду и подсоединенные к выводам переменного тока мостов 7 и 14. Измерительные резис- торы 20 делителей 18 включены между нулевыми TO4KaNjH звезд резисторов 19 и землей. Выходы делителей .соединены с инвертирующими и неинвертирующими входами дифференциального усилителя 21. Его выход подключен к входу порогового элемента 22 с гистерезисной характеристикой, предназначенного для оп седеления момента времени, соответствующего достижению напряжение на коммутирующих конденсаторах задан ного значения. Выход порогового элемента 22 соединен с одним из входов блока 23 распределения, распределяющего отпирающие импульсы по переходам управления тиристоров 1-6, 16 и 17. К другому входу блока 23 подключен выход задающего генератора 24

Работа устройства поясняется временной диаграммой (фиг. 2), на которой показаны импульсы 25 задающего генератора, выходное напряжение 26 делителей 18 и усилителя 21, импульсы 27 и 28 управления тиристорами 17 и 16 соответственно, импульсы 2931 управления тиристорами 1, 3 и 5 анодной группы тиристорного моста 7 и импульсы 32-34 управления тиристорами 4, 6 и 2 катодной группы тиристорного моста 7.

Инвертор работает следующим об- разом.

- Рассмотрим для определенности межкоммутационньш интервал, на котором включены тиристоры 1 и 2 моста 7 При этом все остальные вентили схемы выключены (как тиристоры, так и диоды) . Коммутирующие конденсаторы отключены от нагрузки и заряжены за

1246301

5

,Q j, 5

0

счет процессов предыдущей кокмут.гщш. Полярность напряжения на них noKada- на без скобок (фиг. 1). Такой полярности соответствует нижний (отрицательный) уровень выходного напряжения на выходе дифференциального усилителя 21 относительно оси 26 (фиг. 2). Пороговый элемент 22 гистерезис- ного типа находится при этом в одном . из своих устойчивых состояний, в соответствии с которым блок 23 вырабатывает импульсы управления тиристорами 1 и 2, подтверждая их включение.

При проходе очередного импульса задающего генератора 24 блоком 23 снимается импульс управления с тиристора 1 и подается импульс управления на тиристор 16 (импульс управления тиристором 2 сохраняется).

Под действием напряжения на конденсаторе 15, связанном с тиристором 1, происходит выключение этого тиристора. Через тиристор 16, диоды 8-10 и нагрузку начинается перезаряд конденсаторов 15 до полярности, показанной в скобках (фиг.1). Выходное напряжение усилителя 21 также изменяется по «восходящей линии относительно оси 26. Состояние порогового элемента 22 не меняется за счет гистерезиса до тех пор, пока напряжение на конденсаторах 15 не достигает уровня, определяемого уставкой порогового элемента 22 и величиной его гистерезиса (верхняя ограничительная линия относительно оси 26 (фиг. 2). В течение времени перезаряда блок 23 распределения продолжает вырабатывать импульсы упрс вления тиристорами 16 и 2.

При перезаряде конденсаторов 15 до заданного уровня происходит срабатывание порогового элемента 22 и переход его в другое устойчивое состояние. Блок 23 при этом прекращает подачу импульса на тиристор 16 и включает очередной тиристор 3 анодной группы моста 7 (оси 28 и 30, фиг. 2). Тиристор 16 и диоды 8 - 10 выключаются под действием напряжения на конденсаторах 15, после чего начинается очередной межкоммутационный интервал работы инвертора, на котором включены тиристоры 3 и 2 моста 7. Все остальные вентили инвертора при этом выключены, а конденсаторы 15 отключены от нагрузки. Длительность межкоммутационного интервала определяется периодом работы задаЮщего генератора 24, т.е. выходной частотой инвертора.

При поступлении следующего импульса задающего генератора 24 блок 23 снимает импу.тьс управления г-, тиристора 2 и вклк7чает тиристор Г/. Тем самым начинается коммутаид онтгьгй процесс в катодной группе вентилей инвертора, аналогичный описанном ;, Коммутационгшй лроцесс заканчивается в момент перезаряда конденсаторов 15 до значения напряж:ения на них, соответствующего нижней ограничи- тел.ьной линии относительно оси 26 (фиг, 2). Это значение определяется так же, как и в предьщущем коммута- циовг;-.: М процессе, уставкой срабатывания порогового элемента 22,

Таким образом,: максимальные урон- ри напряжений на конденсаторах строго фиксированы и определяются наст - ройкой порогового элемента 22, причем эти уровни соответствуют реальным значениям напряже:иий на конденсаторах, поскольку они измеряются с помощью делителей 18 на резисторах 19 и 20, через которые передаются все составляюгцие этих напряжений,

24630Г6

включая постоянную составляющую, если она появляется. Тем самым достигается вьшолнение повышение точности стабилизации напряжения на

5 коммутирующих конденсаторах и пре- I дотвращ ение появления на них неконтролируемой постоянной составляющей.

Достигаемое в предлагаемом инверторе повышение точности стабили зации

10 напряжения на коммутирующих конденсаторах 15 позволяет снизить максимальные значения этих напряжений на 20-30% при сохранении требуемой ком-; мутационной устойчивости. Снижение

ts уровней напряжений на конденсаторах 15 позволяет уменьшить класс приме- няем1з1х тиристоров и диодов, а в высоковольтных установках на напряже- . ния 6-10 кВ снизить число последова20 тельно включенньгх тиристоров и диодов соответственно на 20-30%. Стоимость вентильного .оборудования указанных преобразователей составляет 20,- 40 тыс. руб. Уменьщение количества

25 диодов и тиристоров, устанавливаемых в одном преобразователе, дает экономию 8-12 тыс. руб на один преобразователь.

15

76

tfg 29 i/O

/

5

11 W2

:;з

32

33- 3f/

y//)f/////X

I YmC ////A

Фиг. 2