Автономный инвертор напряжения Советский патент 1990 года по МПК H02M7/515 

/«пдаяй UО

Изобретение относится к преобразо- нательной технике и может быть использовано в тиристорных преобразователях частоты, в частности в автономных инверторах электровозов переменного тока.

Целью изобретения является повышение надежности и расширение функциональных возможностей путем гаранти- рованного выключения распределительных тиристоров.

На фиг. 1 дана принципиальная схема устройства; на фиг.2 - диаграммы импульсов управления и кривые токов и напряжений, поясняющие процесс преобразования постоянного напряжения в трехфазное переменное.

Автономный инвертор напряжения присоединяется к шинам источника 1 пита- ния и к источнику 2 зарядного напряжения, состоящему из обмотки электроснабжения 3 и подсоединенного к ней однофазного диодного моста 4-7 с фильтровым конденсатором 8, и содер- жит конденсаторы 9-12, подсоединенные параллельно к диодам 13-16 связи, узел принудительной коммутации, включающий в себя цепочки из обратных диодов 17 и 18 и резисторов 19 и 20, подсоединенные параллельно к коммутирующим тиристорам 21 и 22 и к источнику 2 питания, коммутирующую LC-цепь 23 и 24, подсоединенную к выводам коммутирующих тиристоров 21 и 22 и зарядных тиристоров 25 и 26, коммутирующий трансформатор, состоящий из первичной 27 и вторичной 28 обмоток, подсоединенный к выводам разрядных диодов 2-9 и 30 и возвратных диодов 31 и 32. Подключенные соответствующими выводами к источнику 2 питания элементы 17-32 образуют блок 33 коммутации.

Силовая часть инвертора содержит трехфазные мосты главных, обратных и распределительных тиристоров 34-51, причем по выводам переменного тока все три моста объединены, а мосты главных (34, 35,40, 41, 46 и 47) и обратных (36, 37, 42, 43, 48 и 49) тиристоров объединены между собой по шинам питания. Тиристоры 38, 39, 44, 45, 50 и 51 распределительного моста подключены к точке соединения зарядных тиристоров 25 и 26 и к обмотке 27 коммутирующего трансформатора. Выходные выводы устройства 52 управления подсоединяются к управляющим входам тиристоров 21, 22, 25 и 26 и 34-51, к выходу инвертора подключена нагрузка 53-55,

Рассмотрим работу устройства на примере выключения главных тиристоров трехфазного моста.

Предположим, что согласно диаграмме управления (фиг.2) на интервале времени tr включены тиристоры 34, 40 и 47, и ток нагрузки замыкается по цепи: 1, 34, 53, 55, 47, 1, 1, 40, 54, 55, 47, 1. В момент времени t7 выключают тиристор 34. Для этого включают распределительный тиристор 39 и коммутирующий тиристор 21. В результате конденсатор 23, заряженный плюсом на правой обкладке, начинает перезаряжаться по контуру: 23, 24, 39, 34, 15, 21, 23, выключая тиристор 34.

В момент времени, когда ток перезаряда конденсатора 23 равен току нагрузки, протекающему через тиристор 34, последний выключается и ток нагрузки замыкается по контуру: 1, 15, 21, 23, 24, 39, 53, 55, 47, 1, вследствие чего к тиристору 34 прикладывается через распределительный тиристор 39 и диод связи 15 обратное напряжение, равное по величине напряжению на первичной обмотке 27 коммутирующего трансформатора.

В момент времени, когда избыточный ток перезаряда конденсатора равен току нагрузки, обратный диод 29 выключается и конденсатор 23 доза- ряжается до входного напряжения источника 1 питания по контуру: 1, 15, 21, 23, 24, 39, 53, 55, 47, 1.

Когда напряжение на конденсаторе достигает напряжения источника 1 питания, включается обратный тиристор 37 и ток нагрузки выключаемой фазы замыкается по цепи: 53, 55, 47, 37, 53.

В момент времени, когда ток в цепи обратного тирис гора нарастает до тока нагрузки, начинается процесс выключения коммутирующего и распределительного тиристоров, которые выключаются по контуру: 23, 21, 15, 1, 37, 39, 24, 23.

Таким образом, в процессе восста новления вентильных свойств к коммутирующим и распределительным тиристорам прикладывается разность напряжений перезарядившегося конденсатора

23и источника 1 питания. При этом

в зависимости от параметров приборов возможны следующие сочетания зарядов обратного восстановления выключаемых приборов:

Q гг|21 Q ГГ.16 Qrr.ll Qvr,}q Qrr.iS Qrr.ii

Qrr,,2i Q гг. и Т Д- В первом примере тиристор 21 восстанавливает свои вентильные свойства по контуру 23, 21, 8, 30, 27, 24, 23. В момент времени, когда ток 1ГР2 достигает максимального значения, к тиристору прикладывается в обратном направлении падение напряжения резистора 19, вследствие чего к очередной коммутации он надежно восстанавливает свои вентильные свойства.

Во втором примере первым восстанавливает свои вентильные свойства коммутирующий тиристор 21. При этом ток обратного восстановления вентилей 15 и 39 замыкается по цепи: 23, 19, 17, 15, 1, 37, 39, 24, 23. Вторым свои вентильные свойства восстанавливает диод 15. При этом ток обратного восстановления 39 протекает по цепи: 23, 19, .17, 9, 1, 37, 39,

24и 23 и в момент времени, когда

ток 1,.г достигает максимального значения, разность напряжений 1 и 23 прикладывается к тиристору 39 и диоду 15, а это обеспечит гарантированное восстановление вентильных свойств распределительного тиристора

В третьем примере первым восстанавливает свои вентильные свойства распределительный тиристор 39, затем тиристор 21 по цепи: 23, 21, 8, 30, 27, 24, 23. Последним восстанавливает свои вентильные свойства диод 15.

Таким образом, подключение цепочек 17-20 конденсаторов 9, 10, 11, 12 по сравнению с известными способами выравнивания обратных напряжений независимо от зарядов обратного восстановления вентилей обеспечивает гарантированное восстановление их вентильных свойств и минимальный интервал времени между двумя коммутациями, что позволяет повысить надежность устройства и расширить его функциональные возможности.

Согласно диаграмме импульсов управления (фиг.2) в момент времени t выключают тиристор в фазе С и

0

5

0

5

0

5

процесс коммутации происходит аналогично .

В режиме рекуперации меняется очередность включения главных и обратных тиристоров, при этом конденсаторы 10 и 11 подклю- ны параллельно диодам 16 и 13 связи, что позволяет также обеспечить восстановление вентильных свойств распределительных тиристоров.

Блок управления содержит регулятор частоты, на вход которого подается сигнал задания выходной частоты преобразователя. Выход регулятора частоты подсоединяется к входу распределителя импульсов управления, выходы которого подключаются через усилительно- развязывающие элементы к входам управления тиристорами.

Регулятор частоты формирует согласно сигналу тадания последовательность прямоугольных нормированных и сдвинутых во времени положительных U; и отрицательных tij импульсов, где j - фазный индекс. Распределитель импульсов управления формирует по передним фронтам импульсов U. , U;

о - о - J

выходные импульсы U, U:, распределяемые по тиристорам следующим образом :

F, UA; F

- о

иА;

«ZJ

F,

в

F U° Г6 ис

1 г

L4 Б Г5 по задним фронтам импульсов U, Uj узкие выходные импульсы Uj . UT распределяемые по тиристорам следующим образом:

F,, ut; F,4 - UA; F4S UB;

FU

U

F,e

Ъ

5

0

0 и широкие выходные импульсы U., U:, распределяемые следующим образом:

-°°- 7°°птт °

8

F9

U°°- иб

F7 F,,

F(0 F.

e

oo

42 - c

n также выходные импульсы в соответствии

и« + и° + и гя и:+ и:+ и;

Fo

с логическими выражениями

«+ u; + uc°, FM-U;+IЈ+U;;

где Fg - выражения, определяющие соответственно импульсы управления главными тиристорами 34, 35, 40, 41, 46, 47, F1g - распределительными 39, 38, 45, 44, 51, 50, F7- F42 - обратными соответственно 36, 37, 42, 43, 48, 49, , - коммутирующими 21 и 22.

55

Формула изобретения

Автономный инвертор напряжения, содержащий трехфазные главные, обрат-

ные и распределительныетиристорные мосты, объединенные соответственно по выводам переменного тока, причем мосты главных и обратных тиристоров объединены по выводам постоянного тока, узел принудительной коммутации, подсоединенный через диоды связи и выводы постоянного тока трехфазного моста распределительных тиристоров к соответствующим выводам трехфазных главных и обратных тиристорных мое- тов, состоящий из коммутирующей LC- цепи, включенной в диагональ моста из коммутирующих и зарядных тиристо- ров, подсоединяемых к источнику зарядного напряжения, двух пар согласно последовательно включенных разрядных и возвратных диодов, подсоединяв- мых к источнику, источник коммутирую- щего напряжения, выполненный в виде коммутирующего трансформатора, подсоединенного выводами первичной и вторичной обмоток к общим точкам соединения зарядных тиристоров, раз- рядных и возвратных диодов, а также - блок управления, содержащий регулятор частоты, формирующий согласно сигна- лу задания последовательность прямоугольных нормированных и сдвину- тых во времени положительных U: и отрицательных Uj импульсов, где j - фазный индекс, распределитель импульсов управления, соединенный входами с выходами регулятора частоты

и формирующий по передним фронтам импульсов Ui ,U; узкие выходные импульсы U° , Uj , распределяемые следующим образом F( U ; F2 Uft; F, U°e; F, U°; F5 « U° ; F6 UЈ% по задним фронтам импульсов Uj, U узкие выходные импульсы U:, U , распределяемые следующим образом F,, UA

, F,,. и;, F,6 о;, F,T u, F1B

UC,H широкие выходные импульсы U°°, Uj , распределяемые следующим об- разом Fg и°Д F7 U°°, F10 U06°,

- fin w .. OO

fl°° V - ft00 V U8 Ffl l с tt1.

TT°° q - g ; 44 - v с «4. c I a также ВЬ1

ходные импульсы в соответствии с

О

логическими выражениями F«9 Ufl + + U°6 + U°, F20 U°ft + U° + U°, где F,- Ffe - выражения, определяющие управление главными тиристорами, F7- F,u - обратными, F4J - - распределительными, F, F20 коммутирующими, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и расширения его функциональных возможностей путем гарантированного выключения распределительных тиристоров, в него дополнительно введены две цепочки, состоящие из последовательно включенных обратных диодов и резисторов, подсоединенных выводами параллельно коммутирующим тиристорам и четыре конденсатора, подключенные своими выводами параллельно диодам связи.

Изобретение относится к преобразовательной технике. Цель изобретения - повышение надежности и расширение функциональных возможностей путем гарантированного выключения распределительных тиристоров. Устройство содержит источник зарядного напряжения 2, к которому подключен блок коммутации 33 и конденсаторы 9-12 с диодами связи 13-16. Мосты главных, обратных и распределительных тиристоров 34-51 объединены по выводам переменного тока. Распределительные тиристоры 38, 39, 44, 45, 50, 51 подключены к зарядным тиристорам 25, 26 и к первичной обмотке 27 коммутирующего трансформатора. 2 ил.

ST////

////Л

/////7,

22

У//////;

222

У7777,

/л

W/77;

77/77/

У////;

У7У7

Z2L

/7774

77777,

38

2L

Мш.

Я®

ZL

12 3 56

/7777,

У7//7,

У7/У7/,

У777/А

/777/s

У////;

т™

/7777s

4

2т

7/Z/77.

39

Ј

&L

TJg

v

ЯД.

Фа

4Я.

ы.

18 9 Ю ПП 13 If Фиъ.1