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

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано в тяговом приводе с бесколлекторными двигателями.

Целью изобретения является повышение надежности защиты инвертора при его перегрузка х и опрокидывании.

На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема трехфазного инвертора напряжения; на фиг.2 - (принципиальная схема формирования импульсов управления гасящих тиристоров при перегрузках и при коротком замыкании в звене постоянного тока инвертора; на фиг„3 - диаграмма импульсов управления всеми тиристорами инвертора при перегрузках в звене постоянного тока; на фиг.4 - то же,, при коротком замыкании в звене постоянного тока.

Трехфазный инвертор напряжения (фиг.1) содержит подключенные к входным выводам мосты основных тиристоров 1-6,обратных диодов 7-12 и коммутирующих тиристоров 121-18, выводы 19-21 переменного тока которых соединены через коммутирующие элементы 22, 23| 24, 25 и 26, 27 с объединенными выводами 28,, 29j 30 и 31 и 32, 33 переменного тока мостов основных тиристоров 1-6 и обратных диодов 7-12, к которым подключены выходные выводы (соответственно, фазы. А, В и с). В каждом плече инвертора последовательно с обратным диодом 7 (8-12) включена первичная обмотка 34 (35-39 трансформатора 40 (41-45) тока. К зажимам вторичной обмотки 46 (47-51) последнего в каждом плече инвертора подключены резистор 52 (53-57) и диагональ переменного- тока диодного моста 58 (59-63). Кроме того, инвертор содержит гасящие конденсаторы 64 и 65„ дроссели 66 и 67 и тиристоры 68-73. Аноды гасящих тиристоров 68-70 всех анодных плеч инвертора объединены в общую анодную шину 74, а катоды , гасящих инверторов 71-73 всех катодных плеч объединены в общую катодную шину 75. Между общей анодной шиной 74 и положительным входным выводом 76 и между общей катодной шиной 75 и отрицательным входным вьшодом 77 включена цепочка, состоящая из последовательно соединенных гасящего конденсатора 64 (65) и гасящего дросселя 66 (67), а также включены ди

агонали постоянного тока диодных мостов 58-60 и 61-63- соответствен-г но всех анодных и всех катодных плеч инвертора.

В Каждой фазе А, В и С инвертора гасящие тиристоры 68 (69 и 70) анодного плеча и 71 (72 и 73) катодного плеча соединены последовательно между собой и их общая точка 78-(79 и 80) подключена к своему фазному выходному выводу 29 (31 и 33). В цепи главного тиристора 1(2-6) и обратного диода 7 (8-12) в каждом плече инвертора включены дроссели 81 (82-86) и 87 (88-92) соответственно. Между выводами 76 и 77 последовательно с датчиком 93 тока включен конденсатор 94 фильтра, к вьшоду 76 подключен датчик 95 тока. Выводы 76 и 77 подключены к источнику 96 питания. Выходы датчиков 93 и 95 тока подключены к системе 97 управления инвертором.

На все тиристоры 1-6, 7-12 и 68 - 73 управляющие импульсы поступают от системы 97 управления (фиг.2). При этом сигналы управления гасящими тиристорами 68-73 формируются при перегрузках в формирователях 98-100, а затем после логической обработки в блоке 101 сравнения поступают непосредственно на гасящие тиристоры 68-73 в зависимости от выбранного алгоритма защиты инвер- тора.

Уставка датчика 95 тока отстроена на среднее значение тока перегрузки инвертора, а уставка датчика 93 тока - на максимальное мгновенное значение тока в цепи конденсатора 94 фильтра.

При перегрузках привода, т.е. при превышении уставки датчика 95, от него поступает сигнал на систему 97 управления. При наличии зтого сигнала формирователь 98 импульсов управления гасящих тиристоров 68 - 73 системы 97 управления формирует сигналы на включение каждого гасящего тиристора 68-73, причем управляющий сигнал на каждый из них поступает с задержкой относительно сигнала управления коммутирующим тиристором 13 (14-18).

Формирователь 98 управляющих импульсов гасящих тиристоров 68-73 при .перегрузках состоит из двух элементов 102 и 103 (одновибраторов с

повторным запуском АГЗ), двух элементов ИЛИ-НЕ 104 и 105, шести стандартных логических элементов И-НЕ 107-112, каждый из которых вьщает сигнал на открытие своего гасящего тиристора при наличии сигнала от датчика 95 синхронно с открытием коммутирующего тиристора того же плеча, к которому относится указанный гасящий тиристор, и одного логического элемента И-НЕ 106, обеспечивающего уровень логической единицы на входах одновибраторов 102 и 103.

Независимо от наличия сигнала пе- регрузкк от датчика 95 от каждого спада сигналов на открытие коммутирующих тиристоров 13-18 одновибра- торами 102 и 103 формируются сигналы на открытие гасящих тиристоров 68 - 73. Сигналы анодной группы тири- сторон 13, 15 и 17 через элемент ШШ-НЕ 104 поступают на вход Б, од- новибратора 102, а сигналы катодной

период предыдущего проводящего -состояния главного тиристора 1 он был принудительно погашен коммутирующим конденсатором 22 через коммутирующий тиристор 13. После гашения глав jioro тиристора 1 коммутирующий конденсатор 22 перезаряжается по цепи конденсатор 22 - дроссель 23 - точки 28, 78, 29 - первичная обмотка 34 трансформатора 40 тока - обратный диод 7 - дроссель 87 - коммутирующий тиристор 13 - точка 19 - кон денсатор 22. Импульс тока, прощедши

5 по первичной обмотке 34 трансформатора ,0 тока, наводит во вторичной обмотке 46, замкнутой на резистор 52, два импульса напряжения, соответствующие переднему и заднему

20 фронтам импульса первичной обмотки 34. Величина сопротивления резистора 52 выбирается из требований предельно допустимого уровня напряжения на гасящем конденсаторе 64. На

группы тиристоров 14, 16 и 18 через. 25 выпрямителе 58 происходит импульсэлемент ИЛИ-НЕ 105 - на вход D, од- новибратора 103. На выходе Q каждого из элементов 102 и 103 формируется сигнал задержки заданной длительности, срез которого, поступая на вход D, каждого из элементов 102 и 103, формирует сигнал заданной длительности на открытие главных тиристоров .

Формирователь-99 управляющих сигналов гасящих тиристоров 68-73 при о.прокидьтании инвертора состоит из логического элемента И-НЕ 113 и од- новибратора АГЗ 114.

Формирователем 100 является логический элемент И-НЕ, обеспечивающий запрет на включение главных тиристоров 1-6 (.фиг.1) при коротком замыкании инвертора.

Блок 101 сравнения состоит из шести стандартных элементов И-НЕ 115 - . 120.

Допустим, сигнал от датчика 95 перегрузки поступает в момент t (фиг.З), когда открыты главные ти- . ристоры 1, 5 и 6 (фиг.1). При этом импульсы гашения на соответствующие гасящие тиристоры поступают согласно фиг.З в такой последовательности: 70, 72, 68.

Для рассмотрим работу анодного плеча фазы А в момент.поступления управляющего импульса на .коммутирующий тиристор 13 (фиг.1). В

30

40

ное двухполупериодное выпрямление указанных импульсов, и конденсатор 64 заряжается полярностью, указанно на фиг.1 без скобок, по цепи вторич ная обмотка 46 трансформатора 40 то ка - выпрямитель 58 - гасящий дроссель 66 - гасящий конденсатор 64 - выпрямитель 58 - вторичная обмотка 46 трансформатора 40 тока. При поступлении управляющего импульса от формирователя 98 системы 97 управления (фиг.2) на гасящий тиристор 68 конденсатор 64 разряжается по це пи (фиг.1) конденсатор 64 - дроссел 66 - гасящий тиристор 68 - главный тиристор 1 - плюсовая шина 76 - кон денсатор 64 и по цепи обратного ди ода 7 конденсатор 64 - дроссель 66 гасящий тиристор 68 - точки 78 и 29 - первичная обмотка 34 трансформатора 40 - обратный диод 7 - дроссель 87 - конденсатор 64.

После закрытия главного тиристора 1 ток разряда конденсатора 64 пр текает только по цепи обратного диода 7, и, таким образом, конденсатор 64 перезаряжается до обратной полярности (-, +), указанной на фиг.1 в скобках. При этом гасящий тиристор 68 закрывается приложенным к нему обратным напряжением конденсатора 64, а сам конденсатор 64 вновь перезаряжается через выпрямитель 58 до исходной полярности

45

50

55

период предыдущего проводящего -состояния главного тиристора 1 он был принудительно погашен коммутирующим конденсатором 22 через коммутирующий тиристор 13. После гашения глав- jioro тиристора 1 коммутирующий конденсатор 22 перезаряжается по цепи конденсатор 22 - дроссель 23 - точки 28, 78, 29 - первичная обмотка 34 трансформатора 40 тока - обратный диод 7 - дроссель 87 - коммутирующий тиристор 13 - точка 19 - конденсатор 22. Импульс тока, прощедший

по первичной обмотке 34 трансформатора ,0 тока, наводит во вторичной обмотке 46, замкнутой на резистор 52, два импульса напряжения, соответствующие переднему и заднему

фронтам импульса первичной обмотки 34. Величина сопротивления резистора 52 выбирается из требований предельно допустимого уровня напряжения на гасящем конденсаторе 64. На

0

0

ное двухполупериодное выпрямление указанных импульсов, и конденсатор 64 заряжается полярностью, указанной на фиг.1 без скобок, по цепи вторичная обмотка 46 трансформатора 40 тока - выпрямитель 58 - гасящий дроссель 66 - гасящий конденсатор 64 - выпрямитель 58 - вторичная обмотка 46 трансформатора 40 тока. При поступлении управляющего импульса от формирователя 98 системы 97 управления (фиг.2) на гасящий тиристор 68 конденсатор 64 разряжается по цепи (фиг.1) конденсатор 64 - дроссель 66 - гасящий тиристор 68 - главный тиристор 1 - плюсовая шина 76 - конденсатор 64 и по цепи обратного диода 7 конденсатор 64 - дроссель 66 - гасящий тиристор 68 - точки 78 и 29 - первичная обмотка 34 трансформатора 40 - обратный диод 7 - дроссель 87 - конденсатор 64.

После закрытия главного тиристора 1 ток разряда конденсатора 64 протекает только по цепи обратного диода 7, и, таким образом, конденсатор 64 перезаряжается до обратной полярности (-, +), указанной на фиг.1 в скобках. При этом гасящий тиристор 68 закрывается приложенным к нему обратным напряжением конденсатора 64, а сам конденсатор 64 вновь перезаряжается через выпрямитель 58 до исходной полярности

5

0

5

+, - без скобок (фиг,1,). Тем самым он вновь готов к гашению главного тиристора 1.

При этом дроссель 66 ограничивает скорость нарастания тока перезаряда гасящего конденсатора 64. Вели™ чина емкости гасящего конденсатора и величина индуктивности гасящего дросселя, а значит, масса и габари- ты этих элементов схемы примерно в три раза меньше, чем суммарная вели- чина каждого из этих параметров в случае использования указанных гасяI щих элементов в каждом плече инверто- g воды переменного тока которого соI ра.

При коротком замыкании в звене

I постоянного тока, например, в моI мент t (фиг.4) по фазе А, когда ток короткого замыкания протекает через

I главные тиристоры 1 и 4 (,фиг.1), дат,I чик 93 максимального мгновенного зна; чения тока посылает сигнал на форI мирователи 99 и 100. Из положительI ного перепада сигнала датчика 93

блок 100 формирует уровень логического нуля, запрещающий подачу сигналов управления на все главные ти-г ристоры 1-6. Одновременно формирова тель 99 обеспечивает сигнал на включение всех гасящих тиристоров 68 - 73. Обработка сигнала датчика 93 в

.формирователе 99 аналогична тем же процессам в формирователе 98. Логический элемент И-НЕ 113 инвертирует сигнал датчика 93 и подает его на вход DJ одновибратора 114, с выхода QJ которого сигнал заданной длительности поступает на блок 101 сравнения. Последний обеспечивает включение гасящих тиристоров 68-73 по заданному алгоритму защиты при коротком замыкании в. звене постоянного тока.

Импульсы управления гасящих тиристоров имеют меньшую длительность, чем управляющие импульсы коммутирующих тиристор ов, так как потеря напряжения на электродах гасящих тиристоров практически исключена и для

единены через коммутирующие элементы с выводами переменного тока моста гасящих тиристоров и вьшодами п ременного тока моста основных ти20 ристоров, подключенными к выходным выводам, причем последовательно с каждым обратным диодом включена пер вичная обмотка соответствующего трансформатора тока вторичная обмо

25 ка которого в каждом плече инвертор зашунтирована резистором и включена в диагональ переменного тока диод ного моста, а также содержащий две последовательные гасящие цепочки,

30 состоящие каждая из гасящих конден- . сатора и дросселя, отличающ и и с я тем, что, с целью,повышения . надежности защиты инвертора при его перегрузках и опрокидьтвании .аноды гасящих тиристоров анодной 1 руппы моста объединены и подключены к положительному входному выводу через первую последовательную гасящую цепочку, к которой подключены д агонали постоянного тока диодных мостов анрдных плеч инвертора, а катоды гасящих тиристоров катодной группы моста подключены к отрицательному входному выводу через втор последова ельную гасящую цепочку, к которой подключены диагонали постоянного тока диодных мостов катодных плеч инвертора, причем- гасящие тиристоры каждой стойки моста со едине ны непосредственно.

35

40

45

выполнения ими функций дополнительного гашения тока главных тиристоров ширина управляющих импульсов гасящих тиристоров должна быть достаточна- только для их открытия.

Формула изобретения

Трехфазный инвертор напряжения, содержащий подключенные к входным выводам мост( основных тиристоров, зашунтированных обратными диодами и мост коммутирующих тиристоров, выединены через коммутирующие элементы с выводами переменного тока моста гасящих тиристоров и вьшодами переменного тока моста основных ти0 ристоров, подключенными к выходным выводам, причем последовательно с каждым обратным диодом включена первичная обмотка соответствующего трансформатора тока вторичная обмот5 ка которого в каждом плече инвертора зашунтирована резистором и включена в диагональ переменного тока диодного моста, а также содержащий две последовательные гасящие цепочки,

0 состоящие каждая из гасящих конден- . сатора и дросселя, отличаю- щ и и с я тем, что, с целью,повышения . надежности защиты инвертора при его перегрузках и опрокидьтвании, .аноды гасящих тиристоров анодной 1 руппы моста объединены и подключены к положительному входному выводу через первую последовательную гасящую цепочку, к которой подключены диагонали постоянного тока диодных мостов анрдных плеч инвертора, а катоды гасящих тиристоров катодной группы моста подключены к отрицательному входному выводу через вторую последова ельную гасящую цепочку, к которой подключены диагонали постоянного тока диодных мостов катодных плеч инвертора, причем- гасящие тиристоры каждой стойки моста со едине- . ны непосредственно.

5

0

5

L

s

Ча

«S

ir

69

Изобретение относится к преобразовательной технике. Целью является повышение надежности защиты инвертора при перегрузках и опроки- дьшании его. Инвертор содержит в каж дом-плече всех фаз в цепи обратного диода 7 (8-12; первичную обмотку 34 (35-39)-трансформатора тока 40 /г/г(41-45). Вторичная обмотка 46 (47 - 51) включена в диагональ переменного тока диодного моста 58 (59-63). Гасящие тиристоры 68, 71 (69, 72 и 70, 73) соединены последовательно между собой. Между анодной группой гасящих тиристоров и выводом 76 с одной стороны и между катодной группой гасяпщх тиристоров и выводом 77 с другой стороны подключена цепочка последовательно соединенных гасящего конденсатора 64 (65) и гасящего дросселя 66 (67) . Выходы постоян- ного тока анодных диодных мостов 58, 59, 60 подключены к вьгоодам 76, 74, а выходы постоянного тока катодных диодных мостов 61, 62, 63 подключены к выводам 75s Это обеспечивает надежную защиту главных тиристоров 1-6 при независтлчом от напряжения питающей сети подзаряде гасявщх конденсаторов соответственно анодной и катодной групп тиристоров. 4 ил. О) Isd «Ч К %г. /

«л

r/J 1

ISIS.

II 5| i

1

171S

Зал pern моЪнлю емие главных /ni/pt/c/myJoS

70

Фиг.г

30 т 270 3SO tfSO 5W 6iO no 810