АВТОНОМНЫЙ ТИРИСТОРНЫЙ ИНВЕРТОР НАПРЯЖЕНИЯ Советский патент 1995 года по МПК H02M7/515 

Изобретение относится к силовой полупроводниковой преобразовательной технике и может найти применение при построении статических преобразователей частоты различного назначения.

Целью изобретения является повышение КПД и функциональной надежности.

На чертеже дана схема автономного тиристорного инвертора напряжения.

Автономный тиристорный инвертор напряжения (АИН) включает в себя трехфазный мост основных тиристоров 1-6, обратные диоды 7-12, трехфазный мост распределительных коммутирующих тиристоров 13-18 основной частоты, общие катоды и общие аноды которых подключены через встречно им включенные анодный и катодный коммутирующие разделительные тиристоры 19 и 20 соответственно к положительному и отрицательному полюсам основного источника напряжения U_d, а через дроссель 21 к первому однофазному мосту коммутирующих тиристоров 22-25 с первыми параллельно включенными коммутирующим конденсатором 26 и датчиком 27 напряжения в диагонали, подключенному через дозарядный дроссель 28 и тиристор 29 к источнику дозаряда U_n. К выходу АИН подключена активно-индуктивная нагрузка 30, например асинхронный к.з. двигатель. Управляющие электроды тиристоров 1-6, 13-20, 22-25, 29 соединены с выходами 31 и 32 первого блока 33 управления. Дополнительный второй однофазный мост содержит коммутирующие тиристоры 34-37. К его диагонали подсоединены параллельно второй коммутирующий конденсатор 38 и второй датчик 39 напряжения. Общие аноды тиристоров 34 и 35 соединены с общими анодами тиристоров 22 и 23 и с одним из выводов дросселя 21, второй вывод которого соединен с общими катодами тиристоров 13-15 и 19. Общие катоды тиристоров 36 и 37 подключены к общим катодам тиристоров 24 и 25, к общим анодам тиристоров 16-18 и 20 и к отрицательному полюсу источника дозаряда. Управляющие электроды тиристоров 34-37 связаны с выходом второго блока 40 управления, вход которого функционально связан с выходом 41 первого блока 33 управления. Последовательная цепь из вспомогательного тиристора 42 и рассеивающего резистора 43 подсоединена параллельно дросселю 21 и встречно тиристорам 22, 23, 34 и 35 однофазных мостов. Управляющий электрод тиристора 42 последовательной цепи связан с выходом третьего блока 44 управления, вход которого соединен с выходом усилителя 45. Входной зажим усилителя 45 подключен к выходу элемента 46 сравнения связан с движком задающего потенциометра 47, второй вход элемента 46 связан с общими катодами первого диода 48 и второго диода 49. Анод первого диода 48 соединен с выходом первого выпрямителя 50, вход которого подключен к выходу первого датчика 27 напряжения на первом коммутирующем конденсаторе 26. Анод второго диода 49 соединен с выходом второго выпрямителя 51, вход которого подключен к выходу второго датчика 39 напряжения на втором коммутирующем конденсаторе 38.

Автономный тиристорный инвертор напряжения работает следующим образом. Потери энергии в коммутирующем контуре инверторов напряжения с двухступенчатой емкостной коммутацией в общем виде определяются выражением
(1)
W DCU²RV₂-V₁- (sin2V₂-sin2V₁) где D приведенный коэффициент затухания
(2)
D r, C, L параметры коммутирующего контура.

Из выражений (1) и (2) следует, что потери энергии W пропорциональны величине
(3)

т. е. потери W зависят от величины емкости С коммутирующего конденсатора в большей степени, чем от индуктивности L коммутирующего дросселя. Поэтому, уменьшая емкость коммутирующего конденсатора, можно уменьшить потери энергии в коммутирующем контуре и снизить соответствующую составляющую полных потерь в схеме АИН, т.е. повысить КПД АИН.

В схеме тиристоры 22-25 и 34-37 первого и второго однофазных мостов позволяют производить бесконтактное отключение и подключение к контуру коммутации первого и второго коммутирующих конденсаторов 26 и 38 соответственно. Возможны три режима работы коммутирующего контура АИН:
первый коммутирующий конденсатор 26 работает, второй коммутирующий конденсатор 38 не работает;
первый коммутирующий конденсатор 26 не работает, второй коммутирующий конденсатор 38 работает;
работают первый и второй коммутирующие конденсаторы 26 и 38 одновременно.

Поэтому могут быть реализованы три режима выключения (коммутации), например, основного тиристора 3 АИН.

Первый режим. Полярность напряжения на коммутирующем конденсаторе 26 указана на чертеже. Для выключения тиристора 3 одновременно подаются управляющие импульсы напряжения на управляющие электроды тиристоров 22, 25, 18 и 19. Образуется коммутирующий контур: конденсатор 26, тиристоры 25, 18, 3 и 19, дроссель 21, тиристор 22, конденсатор 26. Происходит выключение основного тиристора 3 АИН.

Второй режим. Полярность напряжения на коммутирующем конденсаторе 38 указана на чертеже. Для выключения тиристора 3 одновременно подаются управляющие импульсы напряжения на управляющие электроды тиристоров 34, 37, 18, 3 и 19. Образуется коммутирующий контур: конденсатор 38, тиристоры 37, 18 и 3, дроссель 21, тиристор 34, конденсатор 38. Происходит выключение основного тиристора 3.

Третий режим. Полярности напряжений на коммутирующих конденсаторах 26 и 38 указаны на чертеже. Для выключения тиристора 3 одновременно подаются управляющие импульсы напряжения на управляющие импульсы напряжения на управляющие электроды тиристоров 22, 25, 34, 37, 18 и 19. Образуется коммутирующий контур: две параллельные ветви из тиристора 34, конденсатора 38, тиристора 37 и тиристора 22, конденсатора 26, тиристора 25 соединяются последовательно с тиристорами 18, 3 и 19, дросселем 21. Происходит выключение основного тиристора 3. Эквивалентная емкость коммутирующего контура равна сумме емкостей коммутирующих конденсаторов 26 и 38.

Таким образом, в рассматриваемой схеме возможны три варианта сочетаний параметров коммутирующего контура АИН за счет изменения емкости в этом контуре, что позволяет иметь на выходе АИН три ступени нагрузки. Для каждого значения нагрузки параметры коммутирующего контура оптимизированы по коммутационной способности и по потерям, т.е. АИН сохраняет повышенное значение КПД при изменении токовой нагрузки в широких пределах.

Для выбора режима работы АИН в первом блоке 33 управления имеется пульт ручного управления, с помощью которого оператор может установить один из трех возможных режимов работы коммутирующего контура АИН в зависимости от величины токовой нагрузки на выходе АИН.

По команде "Режим 1" первый блок 33 управления генерирует импульсы управления тиристорами на выходах 31 и 32. С выхода 41 блока 33 через функциональные связи поступают сигналы запрета на вход второго блока 40 управления, в результате чего на тиристорах 34-37 отсутствуют импульсы управления. В процессе коммутации участвует только первый коммутирующий конденсатор 26.

По команде "Режим 2" первый блок 33 управления генерирует импульсы управления тиристорами на выходе 31 и синхронизирующие сигналы на выходе 41. На выходе 32 импульсы управления отсутствуют. Тиристоры 34-37 включаются в определенной последовательности импульсами с выхода второго блока 40 управления. В процессе коммутации участвует только второй коммутирующий конденсатор 38.

По команде "Режим 3" первый блок 33 управления генерирует импульсы управления тиристорами на выходах 31 и 32 и синхронизирующие сигналы на выходе 41. Тиристоры 34-37 включаются в вышеуказанной последовательности импульсами с выхода второго блока 40 управления. В процессе коммутации участвуют оба коммутирующих конденсатора 26 и 38 одновременно.

Описанный инвертор и принцип действия коммутационного узла позволяют повысить надежность работы АИН. Например, при выходе из строя коммутирующего конденсатора 38 или датчика 39 напряжения, или выпрямителя 51 с помощью пульта управления устанавливается "Режим 1", к выходу АИН подключается соответствующая этому режиму нагрузка и производится ввод АИН в работу. Аналогично при выходе из строя коммутирующего конденсатора 26 или датчика 27 напряжения, или выпрямителя 50 устанавливается "Режим 2", подключается соответствующая нагрузка и производится ввод АИН в работу.

Повышение надежности работы АИН осуществляется также с помощью снижения уровня максимального напряжения на коммутирующих конденсаторах 26 и 38 путем шунтирования коммутирующего дросселя 21 резистором 43 при включении тиристора 42.

В этой части работа схемы осуществляется следующим образом. Напряжение на коммутирующем конденсаторе 26 измеряется датчиком 27 напряжения, выпрямляется выпрямителем 50 и подается на анод диода 48. Напряжение на коммутирующем конденсаторе 38 измеряется датчиком 39 напряжения, выпрямляется выпрямителем 51 и подается на анод диода 49. На диодах 48 и 49 происходит сравнение двух указанных напряжений, и большее из них поступает на второй вход элемента 46 сравнения. Заданное значение максимального напряжения коммутации U_з.макс с потенциометра 47 подается на первый вход элемента 46 сравнения. Элемент 46 сравнения вместе с усилителем 45 образует компаратор, на выходе которого появляется разрешающий сигнал в случае превышения напряжением с коммутирующих конденсаторов 26 и 38 заданного максимального значения U_з.макс. При появлении разрешения трений блок 44 управления генерирует кратковременный импульс управления, тиристор 42 включается и энергия магнитного поля дросселя 21 рассеивается в резисторе 43. Процесс рассеивания совпадает во времени с вторым этапом коммутации, когда ток в дросселе 21 спадает. В результате рассеивания энергии в резисторе 43 напряжение коммутации снижается до заданного уровня.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может использоваться в статических преобразователях частоты различного назначения. Целью изобретения является повышение КПД и функциональной надежности. Устройство содержит мост основных тиристоров 1 - 6 с обратными диодами 7 - 12 и мост распределительных коммутирующих тиристоров 13 - 18. Первый и второй однофазные мосты на тиристорах соответственно 22 - 25 и 34 - 37 содержат в диагоналях переменного тока коммутирующие конденсаторы 26 и 38 с датчиками 27 и 39 напряжения. В расширенном диапазоне мощностей нагрузок величина коммутирующей емкости изменяется при изменении токовой нагрузки инвертора таким образом, чтобы параметры коммутирующего контура были близки к оптимальным по потерям для каждой ступени нагрузки. В случае выхода из строя одного из коммутирующих конденсаторов производится его отключение с помощью системы управления и последующий ввод в работу устройства с функционирующим конденсатором. 1 ил.

АВТОНОМНЫЙ ТИРИСТОРНЫЙ ИНВЕРТОР НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий мост силовых тиристоров, мост диодов обратного тока, узел коммутации, включающий в себя мост распределительных тиристоров, выводами переменного тока подключенный к выходу инвертора, а выводами постоянного тока через разделительные тиристоры в непроводящем направлении встречно-параллельно мосту силовых тиристоров, а также первый однофазный мост коммутирующих тиристоров с включенными в диагонали переменного тока первым коммутирующим конденсатором с первым датчиком напряжения этого конденсатора, шинами постоянного тока через дроссель в одной из шин подключенный встречно-параллельно мосту распределительных тиристоров, узел дозаряда коммутирующего конденсатора и блок управления всеми тиристорами инвертора, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и функциональной надежности, он снабжен аналогично выполненным соответствующим блоком управления, связанным с основным блоком управления, и подключенным аналогично первому мосту вторым однофазным мостом коммутирующих тиристоров с датчиком напряжения его коммутирующего конденсатора, цепочкой из последовательно соединенных вспомогательного тиристора и резистора, подключенной параллельно упомянутому дросселю, а также схемой сравнения, один вход которой через введенные разделительные диоды подключен к выходам двух указанных датчиков напряжения коммутирующих конденсаторов, другой вход подключен к введенной уставке напряжения, а ее выход связан с управляющим входом вспомогательного тиристора.