Инвертор напряжения Советский патент 1990 года по МПК H02M7/515 

кя

с

Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для использования в частотно-регулируемом электроприводе. Цель - уменьшение стоимости и повышение надежности путем уменьшения числа тиристоров. Устройство содержит две группы основных тиристоров (анодную 1 - 3 и катодную 4 - 6), одна группа основных тиристоров всегда коммутируется только после завершения коммутации в другой группе. Группа основных тиристоров 4 - 6, которая всегда коммутируется второй, связана с общим узлом коммутации с помощью диодов 14 - 16. Группа основных тиристоров, которая коммутируется всегда первой, 1 - 3, связана с общим узлом коммутации с помощью распределительных тиристоров 11 - 13. Узел коммутации состоит из коммутирующих тиристоров 7, 8, полностью управляемого ключа 9 и вспомогательного источника 10. Тиристор 8 отпирают с задержкой по отношению к тиристору 7. 5 ил.

ел

СП

ел 41

00 00

па основных тиристоров, которая коммутируется всегда первой, 1-3, связана с общим узлом коммутации с помощью распределительных тиристоров 11-13.

Узел коммутации состоит из коммутиру15557884

ющих тиристоров 7, 8, полностью управляемого ключа 9 и вспомогательного источника 10. Тиристор 8 отпирают с задержкой по отношению к тиристору 7. 5 ил.

Изобретение относится к электроехнике и может быть применено в авономных инверторах напряжения,предазначенных для частотно-регулируемоо электропривода.15

Цель изобретения - уменьшение стомости и повышение надежности путем меньшения числа тиристоров.

На фиг.1 представлена схема инверора; на фиг.2 - 4 варианты схемы; 20 а фиг.5 - временные диаграммы токов i и напряжений U на соответствующих элементах.схемы.

Инвертор (фиг.О состоит из моста основных тиристоров 1-6, анодную 25 группу которого составляют тиристоры 1-3, а катодную группу - тиристоры 4-6, узла коммутации, состоящего из последовательно включенных коммутирующих тиристоров 7 и 8, полностью зд управляемого ключа (запираемого тиристора)- 9 и вспомогательного источника 10 напряжения, распределительных тиристоров 11-13, соединяющих анодную группу основных тиристоров 1-3 с узлом коммутации, диодов 14-16, соединяющих катодную группу основных, тиристоров 4-6 с узлом коммутации, дросселей 17-J9, включенных в каждую стойку моста между основными тиристорами, обратный диодов 20-25.

Управляющие электроды основных тиристоров подключены к блоку 26 управления, дополнительный блок 27 управления выходом подключен к тирис- 45 торам 11-13, 7, 9 и блоку 28 задержки, соединенному выходом с вспомогательным блоком 29 управления,соединенным с тиристорами 8 и 9.

Процесс коммутации основных тирис- ,Q торов осуществляется следующим образом. Ток нагрузки проходит по цепи: источник, тиристор 1, дроссель 17, фаза А нагрузки, фаза В нагрузки, дроссель 18, тиристор 5. Сначала не- обходимо закрыть тиристор той группы, которая связана с узлом коммутации с помощью распределительных тиристоров . Для этого включают коммути40

5

0

5

5

Q

0

рующий 7, запираемый 9 и распределительный 11 тиристоры. К тиристору 1 прикладывается обратное напряжение, приблизительно равное напряжению UK | дополнительного источника 10, которое составляет порядка 10 В. Тиристор 1 выключается, и ток нагрузки переходит с тиристора 1 в цепь запираемого тиристора 9. Кроме того, в цепи,образованной элементами 7, 10, 9, П, 17, 20, возникает ток под действием дополнительного источника 10. Этот ток ограничивается дросселем 17. Через интервал времени, превышающий время восстановления основного тиристора 1, запираемый тиристор 9 выключается по цепи управления. Ток нагрузки переходит в обратный диод 23 и протекает по цепи: элементы 23, 17, фаза А, фаза В, элементы 18, 5. Ток, возникший в дросселе 17 под действием источника 10, замыкается через обратные диоды 23 и 20 и источник питания. Энергия, накопленная в дросселе от источника 10, передается в основной источник. Процесс отдачи энергии непродолжительный, так как напряжение основного источника U во много раз больше UH, После отдачи энергии диод 20 закрывается, ток нагрузки замыкается по цепи: элементы 23, 17, А, В, элементы 18, 5. В напряжении нагрузки образуется нулевая пауза. На этом процесс коммутации основного тиристора 1 в анодной группе заканчивается.

Чтобы закрыть основной тиристор 5 в катодной группе, необходимо предварительно произвести рассмотренную коммутацию в анодной группе основных параметров, а затем включить коммутирующий тиристор 8 и запираемый тиристор 9. Ко всем основным тиристорам катодной группы через диоды 14 - 16 прикладывается напряжение дополнительного источника 10 напряжения и эти тиристоры закрываются. К трем дросселя 17-19 прикладывается напряжение Ук через диоды 14-16. Но истечении времени, несколько превышеющего время восстановления основных тиристоров, запираемый тиристор 9 выключается по цепи управления. Накопленная в трех дросселях энергия возвращается в источник питания через диоды 20-25. После завершения процесса запирания тиристора 5 ток нагрузки проходит по цепи: элементы 23, 17, фаза А, фаза В, элементы 18, 21, источник питания. На нагрузке образуется обратная полярность напряжения и ток нагрузки уменьшается.

На фиг.2 параллельно коммутирующему тиристору 7, к которому присоединены диоды 14-16, включен обратный диод 30. Это позволяет уменьшить габариты, так как уменьшается общее количество диодов за счет исключения обратных диодов 20-22 (фиг.1), и кроме того, увеличить надежность работы (после закрывания запираемого тиристора 9 открывается диод 30 и к тиристору 7 прикладывается обратное напряжение, что способствует его надежному запиранию).

В этом инверторе процессы происходят так же как и в схеме,изображенной на фиг.1, с тем лишь отличием, что после запирания анодной (или катодной) группы основных тиристоров открывается диод 30. Так, после запирания основного тиристора 1 и запирания тиристора 9 ток, накопленный в дросселе 17, замыкается по цепи: элементы 23, 17, 14, 30, источник питания. В инверторе, изображенном на фиг.З, в шину питания включен вспомогательный тиристор 31 между коммутирующим тиристором 7, к которому подключены диоды 14-16, и группой основных тиристоров 1-3, общая точка которых соединена с другим коммутирующим тиристором. Это позволяет исключить три распределительных тиристора 11 - 13 (фиг.2) и тем самым сократить общее число тиристоров, а также уменьшить число быстродействующих тиристоров и тем самым уменьшить установленную мощность узла коммутации.

Принцип действия отличается тем, что для коммутации на высокой частоте запирается вспомогательный тиристор 31. Для этого включают коммутирующий тиристор 7 и запираемый тиристор 9. После выключения запираемого тиристора 9 основные тиристоры 1 - 3 обесточиваются. Если до коммутации были открыты основные тиристоры 1 и

10

20

25

5 и ток приходил по фазам А и В, то после обесточивания тиристора 1 ток нагрузки замыкается по цепи: фаза А, фаза В, элементы 18, 5, 23, 17, фаза А. В выходном напряжении образуется нулевая пауза.

Для смены комбинации работающих основных тиристоров сначала произво- ; дится коммутация тиристора 31, а после ее завершения включают коммутирующий тиристор 8 н запираемый тиристор 9. К основным тиристорам 4-6 катодной группы через развязывающие диоды 14 - 15 16 прикладывается обратное напряжение UK,и они закрываются.После их запирания выключается запираемый тиристор 9 .При работающих фазах А и В ток нагрузки замыкается по цепи: элементы 24,18,фаза В,фаза А,элементы 17,14,30, источник питания. После этого можно включить любую необходимую комбинацию основных тиристоров.

При однополярной ШИМ, которая чаще используется в массовом электроприводе, по высокой частоте (частота ШИМ) коммутируется только вспомогательный тиристор 31, и поэтому он один должен быть-высокочастотным с малым временем восстановления. Основные же тиристоры коммутируются по низкой выходной частоте, и могут быть менее быстродействующими, а значит и более дешевыми. Так как по высокой частоте (частоте ШИМ) узел коммутации включается на короткое время, определяемое временем восстановления высокочастотного тиристора 31, то установленная мощность узла коммутации может быть снижена. В схеме инвертора, изображенной на фиг.З, между точками 32 и 33 включен источник 34 вспомогательного напряжения последовательно с коммутирующим тиристором 8, включенным параллельно мосту основных тиристоров. Это увеличивает надежность запирания той группы основных тиристоров 1-3, которая соединена с вспомогательным тиристором 31.

50

30

35

40

45

После запирания вспомогательного тиристора 31 и тиристора 9 тиристоры 1 - 3 анодной группы обесточиваются и в выходном напряжении образуется ну- левая пауза. Но если токи утечек тиристоров 31 и 9 превышают ток удержания основного тирнстрра (например, тиристора 1), то основной тиристор 1 пропускает малый ток и не выключается.

На работу по ШИМ это не влияет, так как основной ток нагрузки не может пройти через этот основной тиристор 1. Но при смене комбинации тиристоров по выходной частоте этот основной тиристор остается включенным,что не только нарушает работу, но и может привести к короткому замыканию, когда включится тиристор 4.

При наличии вспомогательного источника 34 напряжения после отпирания коммутирующего тиристора 8 (коммутация по выходной частоте) к основным тиристорам 1 - 3 анодной группы прикладывается обратное напряжение Ua через обратные диоды 23-25. Это обеспечивает надежное запирание тиристоров анодной группы. Величина напряжения источников 10 (Us) и 34 (Un) -JQ с я тем, что, с целью уменьшения стонапряжения небольшая - порядка 10 В.

Формула изобретения

Инвертор напряжения, содержащий подключенные к выводам источника питания узел бесконденсаторной коммутации и трехфазный мост основных тиристоров с разделительными дросселями и обратными диодами, подключенными параллельно каждому из основных тиристоров совместно с дросселем, средний выход которого соединен с соответствующим выходным выводом, а узел бес- конденсаторной коммутации выполнен в

имости и повышения надежности путем уменьшения числа тиристоров, в качестве упомянутых вентилей использованы диоды, а управляющий электрод

25 второго коммутирующего тиристора, соединенного с распределительными тиристорами, подключен к выходу введенного вспомогательного блока управле--. ния, подключенному дополнительно к

30 Управляющему электроду коммутирующего ключа, а вход введенного блока соединен с выходом блока задержки, подключенного входом к выходу дополнитель- j ного блока управления.

виде последовательной цепочки из двух коммутирующих тиристоров и включенных между ними вспомогательного источника питания и коммутирующего полностью управляемого ключа, причем первый коммутирующий тиристор соединен через вентиль с основными тиристорами одной группы моста, а второй коммутирующий тиристор через распределительные тиристоры соединен с другой группой основных тиристоров моста, блок управления основными тиристорами, соединенный с дополнительным блоком управления, выходы которого подключены к управляющим электродам распределительных и первого коммутирующего тиристоров и коммутирующего ключа, блок задержки, отличающийимости и повышения надежности путем уменьшения числа тиристоров, в качестве упомянутых вентилей использованы диоды, а управляющий электрод

второго коммутирующего тиристора, соединенного с распределительными тиристорами, подключен к выходу введенного вспомогательного блока управле--. ния, подключенному дополнительно к

Управляющему электроду коммутирующего ключа, а вход введенного блока соединен с выходом блока задержки, подключенного входом к выходу дополнитель- j ного блока управления.

Фиг. г

Щиг.з

ФигЛ