Автономный инвертор напряжения Советский патент 1989 года по МПК H02M7/515 

СП

1чЭ

СО

Изобретение относится к преобразовательной технике. Целью является расширение диапазона рабочих частот путем снижения продолжительности коммутационного процесса и облегчения условий переключения коммутирующего двухоперационного тиристора. Устройство содержит мосты основных 1-6 и обратных 7-12 тиристоров. Первичная обмотка 15 коммутирующего тр-ра 14 подключена к входньм выводам через коммутирующий двухоперационньй тиристор 18. Вспомогательный узел коммутации 19 с дополнительной обмоткой 23 тр-ра 14 подключен к тиристору 18. Использованная в инверторе последовательная кокмутация основных тиристоров обеспечивает быстрое их отключение, а также жесткость выходной и линейность регулировочных характеристик. 2 ил.

иг. i

LJ9

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в схемах тиристорных инверторов напряжения с однофазной и трехфазной на-

грузками.

Целью изобретения является расширение диапазона рабочих частот пу- тем снижения продолжительности коммутационного процесса и облегчения условий переключения коммутирукщего двухоперагдюнного тиристора.

На фиг.1 представлена принципиальная схема инвертора в трехфазном мостовом варианте исполнения; на фиг.2 - временные диаграммы, пояс- някнцие работу инвертора на интервале коммутации; где 1д - ток соот- ветствукяцего тиристора.

Трехфазный мостовой инвертор с основными 1-6 и обратными 7-12 вентилями (тиристорами) работает на нагрузку 13 и содержит коммутирующий трансформатор 14, имеющий основные (силовые) первичную 15 и вторичную 16 обмотки, подключенные одноименными концами к положительному входному вьшоду. Второй конец первичной обмотки подключен к положительному выводу коммутирующего блока 17, ко- торый состоит из коммутирующего двух операционного тиристора 18, к которому (своим положительным выводом - к аноду, а отрицательным - к катоду) подключен вспомогательный узел 19 коммутации. Этот узел содержит зарядный 20, обратный 21 и разрядный 22 однооперационные тиристоры, дополнительную обмотку 23 коммутирующего трансформатора 14 и демпфи- рующий конденсатор 24. Второй конец вторичной обмотки шунтирован диодом 25.

Инвертор работает .следующим образом.

Пусть в начальньм момент времени to открыты основные тиристоры 1, 3, 5, а конденсатор 24 заряжен посредством предварительного включения зарядного тиристора 20 до на пряжения ие„г Е., где Ej - напряжен источника с полярностью, показанной на фиг.1. Предположим, что в момен времени t начинают производить комутацию тиристора 1, для чего одно временно подают импульсы управлени i, на тиристоры 22, 10 (фиг.2). В контуре 24- 23-22- 24 начинает протекать ток ia Разряжающий ко

ц

денсатор 24 (фиг.2, Uc24 пряжение на конденсаторе 24){ к дополнительной обмотке 23 трансформатора 14 прикладывается напряжение U , во вторичной обмотке 16 трансформатора

при зтом наводится ЭДС Uy

где W - количество витков

соответствующей обмотки. Если Up W,g /W,- El, то тиристор 10 оказывается

W под прямым напряжением (11,. Ej)

гэ

и отпирается. По контуру 10 - 1 - 16 - EJ - 10 начинает протекать нарастающий ток i. , являющийся встречным по отношению к току IQ, тиристора 1. В момент времени t при 1д ia тиристор 1 обесточиваетсяJ а затем по мере дальнейшего нарастания тока ia результирующий ток в запираемом тиристоре ig, изменяет направление на обратное и в момент t, достигает своего максимального обратного значения. После момента ta на тиристоре появляется обратное анодное напряжение Uaoep где Uqpp - прямое напряжение на тиристоре; . Для быстрого выключения тиристора необходима большая начальная амплитуда напряжения , которая обеспечивает активный вывод избыточных носителей заряда из п-базы тиристора вблизи его анодного р - п- перехода и таким путем обеспечивает малое время выключения тиристора. Такая повьш1енная амплитуда напряжения Uooep 3 инверторе создается путем выбора соотношения числа витков W, в пределах 2-3. При спаде к нулю обратного анодного тока в запираемом тиристоре (момент t на фиг.2в) происходит полное восстановление непроводящих свойств анодного р - п-перехода тиристора 1, после чего скорость выключения тиристора перестает зависеть от значения напряжения UQ и полностью определяется скоростьЬ рекомбинации оставшихся избыточных носителей в п-базе, т.е. после момента t на тиристоре 1 достаточно поддерживать лишь небольшое обратное анодное напряжение. Как видно из фиг.2г,форма импульса напряжения ООБ ™ ристоре 1 в инверторе близка к оптимальной. Это позволяет обеспечить быстрое выключение тиристора 1 и, следовательно, ускоренное протекание коммутационного процесса при сравнительно малом отношении W, . (в пределах 1,1-1,3), т.е. при улуч- шенньк массогабаритных показателях трансформатора 14. Следует отметить, что масса меди его дополнительной обмотки 23, вынесенной из цепи протекания тока нагрузки, составляет лишь 6-8% массы обмотки 16.

Поскольку после момента t, когда ig 0, ток нагрузки полностью переключается на тиристор 10, до- полнительньй разряд конденсатора 24 оказывается затруднен. Для экономичного сброса энергии из конденсатора в интервале ( t) производят включение обратного тиристора 21. Если выбрано соотношение числа витков ,,2,5 и W,/W,9 1,1, то ,3. Напряжение трансформируясь на обмотку 15, оказывается больше питающего напряжения Е,, т.е. результирующее напряжение на тиристоре 21 оказывается прямым и он отпирается, после чего по контуру 15 - EJ - 21 - 15 осуществляется рекуперация энергии из конденсатора 24 Б источник питания инвертора, которая заканчивается обес точиванием тиристоров 21 и 22 в момент tj. (фиг.2) при разряде конденсатора 24 до напряжения

U,(.W,,/W,,-Ej/2,3 ,

После момента tg. для поддержания на тиристоре 1 напряжения Ua нужно отпирать коммутирующий двухопе- рационньй тиристор 18. Однако для упрощения алгоритма управления отпирающий импульс управления на тиристор 18 можно подать одновременно с отпирающим импульсом управления на обратный тиристор 21, поскольку до окончания рассмотренного процесса рекуперации (т.е. до момента t ) двухоперационный тиристор 18 находится под обратным напряжением и не может выключиться. Важно отметить, что предварительно е (до момента tj-) накопление избыточн носителей заряда - в р-базе током управления на интервале рекуперации (t,.; t-) облегчает условия вклюЧчения двухоперационного тиристора,

так как обеспечивает увеличение области начального включения, т.е. более равномерное включение тиристора

5

0

по всей площади его полупроводнике- вой пластины.

После включения двухоперационного тиристора 18 в обмотке 16 наводится напряжение Uvv,,,Ej, что позволяет поддерживать на интервале ( tj) на тиристоре 1 небольшое обратное напряжение Ej(W,g/W,5-1) 0,1Ej. Такое Состояние сохраняется до момента tg, который выбирается из условия, что интервал времени ( tg) больше, чем приборное время выключения основного тиристора 1. В момент tg подают , запирающий импульс управления на коммутирующий двухоперационный тиристор 18 и отпирающий импульс на зарядный тиристор 20. Тиристор 18 начинает выключаться по управляющему электроду, и как только на нем начинает возрастать прямое напряжение, анодный ток тиристора 18 через включающийся зарядный тиристор 20 переводит- 5 ся в контур 15 - 20 - 24 - EJ - 15, заряжая конденсатор и облегчая условия выключения коммутирующего тиристора 18. Так как конденсатор воспринимает на себя часть энергии, накоп- 0 ленной в обмотке 15, конечное напряжение на нем Uc больше Ej, причем в установившемся режиме работы инвертора . . Процесс заряда происходит до момента t-j-, пока ток через зарядный тиристор 20 не упадет ниже тока его удержания, после чего он выключается. На этом этап коммутахщи заканчивается.

Как следует из описания работы 0 устройства, его достоинства состоят в том,что введение в коммутирукиций блок 17 вспомогательного узла 19 решает сразу несколько проблем: форма импульса обратного анодного напряже- 45 ния на запираемом основном тиристоре близка к оптимальной, что ускоряет протекание коммутационного процесса при одновременном улучшении массогабаритных показателей коммутирую- 50 щего трансформатора; улучшаются условия выключения коммутирующего двухоперационного тиристора 18, ибо наличие конденсатора 24 обеспечивает разнесение во времени процессов спа- 55 да анодного тока и нарастания напряжения на приборе; улучшаются условия выключения того же двухоперационного тиристора за счет предварительного накопления избыточных носителей в ба5

Jpw.t