Трехфазный инвертор напряжения Советский патент 1988 года по МПК H02M7/515 

(21)4230533/24-07

(22)14.04.87

(46) U7.11.88. Бюл № 41

(71)Ленинградский институт инженеров железнодорожного транспорта

им.акад.В.Н.Образцова

(72)К.Ю.Вурак, Т.К.Александрова и Н.П.Лебедева

(53)621.314.572 (088.8)

(56)Заявка Японии К 51-30251, кл. Н 02 М 7/515, 1У76.

Авторское свидетельство СССР № 131920У, кл. Н 02 М 7/515, 1985.

(54)ТРЕХФАЗНЫЙ ИНВЕРТОР НАПРЯЖЕНИЯ

(57)Изобрете 1ие относится к преобразовательной технике. Целью является повышение надежности инвертора в пусковом и тормозном режимах работы путем дополнительного подзаряда коммутирующих конденсаторов. Устр-во содержит мост главных тиристоров

1-6. Первичные обмотки 30-32 тр-ррв тока 33-35 включены в фазы А,В,С нагрузки инвертора, а вторичные обмотки 36-38 - в диагонали подзаряд- ных мостов на диодах 39-50. Выходы последних объединены в отдельную сеть постоянного тока, к которой подключен подзарядный конденсатор 53. Выводы переменного тока моста коммутирующих тиристоров Т6-21 через коммутирующие конденсаторы 25- 27 и дроссели 60-62 соединены с выводами переменного тока моста тиристоров 1-6. К точкам соединения конденсаторов 25-27 и дросселей 60-62 подключены подзарядные тиристоры 56- 58. Отрицательный входной вывод соединен с отрицательным выводом однофазных мостов на диодах 39,50, что позволяет обеспечить бесперебойный автоматический подзаряд конденсаторов 25-27. 3 ил.

в

сл

и

4 00 О5

to

4 ел

|puг.i

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике, а именно к мостовым тиристорным инверторам работающим в тяговом приводе с бес- коллекторными двигателями,.

В пусковых: и тормозных режимах тягового электропривода, соответствующих малым значениям -напряжения в звене постоянного тока и большим. значениям тока нагрузки, требуется обеспечить надежную коммутацию инвертора, сохранив допустимые габариты коммутирующих устройств.

Цель изобретения - повышение на- дежности инвертора в пусковом и тор- режимах работы путем дополнительного поднаряда коммутирующих ,конденсаторов.

На фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема трехфазного ин- вертора напряжения; на фиг.2 схема формирователя импульсов управления подзарядными тиристорами; на фиг.З - диаграмма импульсов управ- ления всеми тиристорами инвертора.

Трехфазный инвертор напряжения (фиг,1) содержит трехфазный мост главных тиристоров 1-6, зашунтиро- ванных обратными диодами 7-12, и конденсатор фильтра 13, подключенные к выводам (шинам) 14 и 15 постоянного тока инвертора, трехфазный мост коммутирующих тиристоров 16-21, из которых тиристоры 19, 21 и 17 ка- тодных плеч инвертора своими катодами подключены к основной минусовой шине 15 постоянного тока. Средняя точка 22 (23,24) каждой фазной пары коммутирующих тиристоров 16,19(18,21 и 20,17) через свою коммутирующую цепь, содержащую конденсатор 25 (26,27), соединена со средней точкой 28(29,30) своей фазной пары главных тиристоров 1,4 (3,6 и 5,2), которая через первичную обмотку 30(31,32) фазного трансформатора 33 (34,35) тока соединена со своей фазой А(В,С) нагрузки. Вторичная обмотка 36 (37,

38) каждого из трансформаторов 33 (34,35) тока включена.в диагональ переменного тока своего однофазного подзарядного моста на диодах 39-42 (43-46, 47-50), одноименные выводы . постоянного тока каждого из которых объединены общими подзарядными вьгоо- дами 51 и 52, к которым подключен подзарядный конденсатор 53, причем к сложительному подзарядному вьшоду

5 0 5

0

5

51одним своим концом (точка 54) подключен подзарядный дроссель 55. Кроме того, Инвертор содержит подзарядные тиристоры 56-58 и блок 59 управления (фиг о 2).

В коммутирующую цепь (точки 22 и 28,23 и 29, 24 и 30) каждой фазы А,В,С последовательно с конденсатором 25 (26,27) включен к средней точке 28 (29,30) главньк тиристоров 1,4 (3,6 и 5,2) своей фазы А(В,С). А другой его конец 63 (64,65), соединенный, с коммутирующим конденсатором 25 (26,27) своей фазы А(В,С), подключен к катоду фазного подзарядного тиристора 56 (57,58).

Аноды подзарядных тиристоров 56- 58 всех фаз А,В.С соединены, образуя общий дополнительный вывод 66, к которому подключены аноды коммутирующих тиристоров 16,18,20 всех анодных плеч инверторов, второй конец 67 подзарядного дросселя 55 и катод (точка 68) дополнительного диода 69, анод которого подключен к положительному выводу 14 инвертора, а отрицательный подзарядный вьшод

52объединен с выводом 15. Управляющие электроды подзарядных

тиристоров 56-58 подключены к формирователю 70 сигналов управления подзарядных тиристоров (фиг.2) системы управления 59.

Формирователь 70 сигналов управления (фиг.-2) подзарядных тиристоров 56-58 состоит из трех логических элементов НЕ, являющихся стандартными микросхемами серии КМ 155 Jffl2. .

Блок 59 управления подает сигналы управления на открытие главных тиристоров 1-6 и коммутирующих тиристоров 16-21 согласно диаграмме импульсов, представленной на фиг.З. В указанной системе управления используется 150-градусный закон управления с длительностью сигналов управления главными тиристорами 1-6 150 эл.град. и коммутирующими тиристорами 16-21 120 эл.град.

Инвертор работает следующим образом.

При подаче напряжения питания на выводы 14 и 15 (фиг.1) инвертора происходит заряд до напряжения U-Uj фильтрового конденсатора 13 по цепи вывод 14 - конденсатор 13 - вывод 15, и подзарядного конденсатора 53 по цепи вывод 14 - диод 69 - точка

68 - точка 67 - подзарядный дроссель 55 - точка 54 - конденсатор 53, вывод 52 - вывод 15. При этом дроссель 55 ограничивает скорость нарастания тока di/dt в цепи заряда конденсатора 53. Таким образом, при подаче питающего напряжения на выводы 14 и 15 инвертора практически сразу же происходит заряд конденсатора 53 до напряжения

При работе инвертора на .нагрузку А,В,С первичные обмотки 30-32 трансформаторов 33-35 тока обтекаются током нагрузки. Токи вторичных обмоток 36-38 выпрямляются подзарядными диодными мостами 39-42, 43-46 и 47-50, в результате чего на выводах 51 и 52 постоянно имеется выпрямленное напряжение, которое дозаряжает под- зарядный конденсатор 53 до напряжения, равного - с

Далее рассмотрим работу инвертора на примере одной фазы, например фазы А. Допустим, что от блока 59 (фиг.2) поданы управляющие импульсы на главные тиристоры 1 и 6 и на коммутирующий тиристор 19 (фиг.З). Создаются две цепи тока. Первая цейь вывод 14 источника питания - тиристор 1 - фаза А и В нагрузки инвертора - тиристор 6 - вывод 15 источника питания. Вторая цепь - цепь заряда коммутирующего конденсатора 25: вывод 14 - тиристор 1 - точка 28 - дроссель 60 - точка 63 - конденсатор 25 - точка 22 - коммутирующий тиристор 19 - вывод 15 источника питания. Дроссель 60 при этом ограничивает скорость нарастания тока через тиристоры 1 и 19. В результате заряда конденсатора 25 на его правой обютадке устанавливается положительный потенциал, а на левой - отрицательный. По окончании заряда конденсатора 25 тиристор 19 закроется, так как ток заряда конденсатора 25 снизился до нуля И, таким образом, конденсатор 25 готов к последующей коммутации,

В пусковых или тормозных режимах, а также при кратковременных просадках напряжения в силовой сети инвертора, когда напряжение на входе инвертора ниже порогового значения, а ток инвертора превышает пороговое значение, коммутирующей способности конденсатора 25 не достаточно для надежной коммутации.главных тирис-

436245 торов. Для этого необходимо заранее подзарядить конденсатор 25, что обеспечивается включением по блоку 59 управления одновременнс g открытием главного тиристора 1 и коммутирующего тиристора 19 (по фазе А) еще и подзарядного тиристора 56. Сигнал на включение подзарядного тиристора

10 56 индентичен сигналу на включение коммутирующего тиристора 19. В результате создается цепь подзаряда конденсатора 25 от источника подзаряда, т.е. от подзарядного-конден-

15 сатора 53, а именно точка 54 конденсатора 53 - подзарядный дроссель 55 - точка 67 - точка 68 - вывод 66 - подзарядный тиристор.56 - точка 63 - конденсатор 25 - точка 22 20 коммутирующий тиристор 19 - вывод 15 - вьгоод 52 - конденсатор 53. Это возможно потому, что благодаря прохождению тока через нагрузку инвертора на выводах 51 и 52 подзарядного

25 источника появляется дополнительное напряжение, которое накапливается на конденсаторе 53, а последний при описанных условиях дозаряжает конденсатор 25. При этом величина нап30 ряжения на конденсаторе 25 становится больше, чем величина . 25 тем самым обеспечивается надежная коммутация тиристоров фазы.

Аналогично происходит подзаряд конденсатора 25 при противоположной полярности его, указанной на фиг.1 в скобках, когда работает катодное плечо фазы А. При этом от блока 59 управления (фиг.2) подаются управляющие импульсы на коммутирующий тиристор 16 и главный тиристор 4 (фиго3) о Созда ется цепь подзаряда конденсатор 53 - точка 54 - дроссель 55 - точка 67 - точка 68 - коммутирующий тиристор 16 точка 22 - конденсатор 25 - точка 63 - дроссель 60 - точка 28 - главный тиристор - вывод 15 - вывод 52 - конденсатор 53.

35

40

45

Таким образом, подзаряд коммутирующего конденсатора происходит автоматически и бесперебойно, так как на подэарядных выводах 51 и 52 диодных мостов постоянно присутствует дополнительное напряжение постоянного тока. И оно будет сохраняться до тех пор, пока в нагрузке .не закончатся электромагнитные процессы, т.е. пока нагрузка обтекается током.

Это относится в равной мере как к пусковому и рабочему режимам, так и к тормозным режимам (режим резис- торного торможения и торможение с рекуперацией в сеть).

Таким образом, предлагаемая схема с первого Момента подключения ее к источнику, питания обеспечена возможностью дополнительного подзаряда коммутирующих конденсаторов 25-27 независимо от возможных состояний источника питания в последующих режимах работы инвертора, что обеспечивает надежную коммутацию инвер- тора Формула изобретения

Трехфазный инвертор напряжения, содержащий подключенные к входным выводам конденсатор фильтра и трехфазный мост главных тиристоров, за- шунтированных обратными диодами, выводы переменного тока которого соединены с выходными выводами через первичные обмотки фазных трансформаторов тока, трехфазньй мост коммутирующих тиристоров, катодная группа которого соединена с отрицательным входным выводом, а выводы переJ5

Сигналы ни Вклю- цеиие подзацяд- цШ тирисгпароВ, фортрцепые аз сиёна/юВ на дклю- чвте коимдти- рднзщих mupus- mopse

менного тока через коммутирующие конденсаторы соединены с катодами соответствующих подзарядных тиристо- ров, аноды которых объединены и подключены через подзарядный дроссель к положительному выводу параллельно соединенных однофазных диодных мостов, зашунтированных подзарядным конденсатором, в диагональ переменного тока каждого из которых включена вторичная обмотка соответствующего фазного трансформатора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности инвертЪр в пусковом и тормозном режимах работы путем дополнительного подзаряда коммутирующих конденсаторов, он снабжен тремя коммутирующими дросселями и дополнительным диодом, включенным между положительным входным выводом и анодной группой моста коммутирующих тиристоров, объединенной с анодами под- зарядных тиристоров, между катодами которых и выводами переменного тока моста главных тиристоров включены соответствующие дополнительные дроссели, причем отрицательный входной вывод соединен с отрицательным вьто- дом однофазных диодных мостов.

1}

О)

i

JL

56

У///Л

лл;

кчххчм

17

КХ//Х1

3

LX4XW4

У/Л

3

К/Х/У1

К///

kXXXXX

ЮОООО

ХХ1

. .,

I

-К

90 т 7ff 360 50 650 720 810

Риг.З

LXXXVVi

КЧХЧЧХ

У///Л

(Ч

КЧУЧ

Y///A

kXXXXXI

Y

(: УхХ

К

LXXXNXN «

К///И

kXXXXN

У7//Л

r////j

КАЛЛ.

KXXXXXN

ГчХХХХЧ

. .,

I

-К