Инвертор Советский патент 1990 года по МПК H02M7/515 

Изобретение относится к преобразовательной технике, используемой преимущественно в тяговом электроприводе с асинхронными короткозамкнутыми электродвигателями.

Целью изобретения является улучше- чие массогабаритиых показателей.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема предлагаемого инвертора; на фиг. 2 - временные диаграммы импульсов; на |фиг. 3 - известная схема блока задержек и схема соединения элементов, реализующих логическую функцию Запрет, с элементами, общими для формирователей импульсов включения обратных управляемых вентилей и главных тиристоров; на фиг, 4 - схема соединений элементов собственно формирователя импульсов включения главных тиристоров; на фиг. 5 - схема соединений собственно формирователя импульсов включения обратных управляемых вентилей; на фиг. 6 - схема формирователя импульсов управления коммутационными запираемыми тиристорами; на фиг. 7 - упрощенная схема усилителя импульсов управления запираемыми тиристорами; на- фиг. 8 - временные диаграммы, иллюстрирующие работу схем на фиг. 6 и 7.

Схема инвертора (фиг. 1) содержит мост главных тиристороа 1-6, мост распределительных тиристоров 7-12 и мост обратных управляемых вентилей 13-18. Все мосты соединены между собой на стороне переменного тока. Разноименные полюса мостов главных тиристоров, 1-6 и обратных управляемых вентилей 13-18 соединены между собой. Коммутационные конденсаторы 19, 20 и коммутационные запираемые по управлению тиристоры 21, 22 образуют две последовательные цепочки, включенные между разноименными полюсами постоянного тока мостов главных 1-6 и распределительных 7-12 тиристоров.

Встречно-параллельно коммутационным тиристорам 21 и 22 включены зарядные диоды 23 и 24 соответственно. Вспомогательные источники 25 и 26 через доззряд- ные тиристоры 27 и 28 соответственно подключены к коммутационным конденсаторам 19 и 20. Напряжение источников 25 и 26 стабильно. Разделительный диод 29 включен между полюсами моста распределительных тиристоров 7-12. Источник 30 питания инвертора подключен к полюсам мостов главных 1-6 и обратных 13-18 тиристоров. Величина напряжения источника 30 питания может изменяться в широких пределах. Принято, что источник 30 обладает обратной проводимостью. В тяговом электроприводе тепловоза в качестве источника

30 питания используется система главный синхронный генератор - выпрямитель - ем- ксстный фильтр, в качестве вспомогательных источников 25 и 26 используется система вспомогательный синхронный генератор - разделительный трансформатор с двумя вторичными обмотками, от которых питаются два диодных вичоямителя. Нагрузка 31 подключена к фаза мостов глав- 0 ных 1-6 и распределительных 7-12 тиристоров и обратных вентилей 13-18. На тепловозе такой нагрузкой являются асинхронные электродвигатели с короткозамкну- тым ротором,

5 Система управления инвертором содержит задатчик 32 частоты, управляемый сигналом Uy, поступающим от системы регулирования электропривода. Выходной сигнал Gr задатчика 32 поступает на входы 0 распределителя 33 и блока 34 задержки, выходные сигналы DI м GI которых поступают на входы формирователей 35-38 импульсов включения и отключения тиристоров. Датчики 39 и 40 уровня напряжения подклю- 5 чены соответственно к коммутационным конденсаторам 19 и 20. Выходные сигналы U19, U20 датчиков 39 и 40 соответственно имеют код логической единицы при напряжении на конденсаторах 19 и 20, соответст- 0 венно равном или большем заданного уровня, и коде логического ноля при напряжении на конденсаторах, меньшем заданного уровня, Задаваемый, уровень напряжения на коммутационном конденса- 5 горе, при котором срабатывает датчик, принят более напряжения вспомогательных источников 25 и 28 дозаряда. Элементы 41 и 42, реализующие логическую функцию Запрет, своими разрешающими входами 0 подключены к выходу канала задержки 6з включения обратных управляемых вентилей блока 34 задержек, а запрещающими входами подключены к выходам датчиков 39 и 40 соответственно. Входы элементов 41 и 42 5 соединены с входами формирователей 37 и 38 импульсов включения обратных управляемых вентилей 13-18, дозарядных тиристоров 27 и 28, главных тиристоров 1-6.

Инвертор работает следующим обра- 0 зом.

Задатчик 2 частоты вырабатывает синхронизирующие сигналы Gr, частота следования которых изменяется в зависимости от управляющего сигнала Uy. Распределитель 5 33 выдает серии сигналов DI-O и D7-12, сдвинутых друг относительно друга на время Т/6 с периодом повторения Т 1 /f , где f - частота выходного напряжения инвертора. Сигналы усиливаются формирователем 35, выходные импульсы которого

подаются на управляющие электроды распределительных тиристоров 7-12 соответственно. Блок 34 вырабатывает серию сигналов GB, Go, Сз, следующих друг за другом с заданными временами задержки. Дли- тельность ts сигналов GB определяет задержку включения коммутационных запираемых тиристоров 21 и 22 от моментов включения распределительных тиристоров 7-12. Длительность to сигналов Go определяет задержку отключения коммутационных запираемых тиристоров от момента их включения, т.е. определяет время, отводимое схемой на отключение главных тиристо- ров. Длительность 1з сигналов Gp определяет расчетную задержку на включение обратных управляемых вентилей 13-18 после отключения соответствующих коммутационных запираемых тиристоров 21 и 22. Истинная задержка tM включения обратных управляемых вентилей определяется моментом, когда напряжение на соответствующем коммутационном конденсаторе 19 или 20 достигает заданного уровня и срабатывает датчик 39 и 40, выходной сигнал которого блокирует дальнейшее прохождение сигнала 6з при помощи элементов 41 и 42, выполняющих логическую функцию Запрет. Выходные сигналы Сз1 и Сз элементов 41 и 42, выходные сигналы Di-e распределителя 33 и выходные сигналы GB, Go блока 34 задержки подаются на входы формирователей 36-38 импульсов управления вентилями. Последовательность включения и отключения вентилей инвертора задается программой, представленной на фиг. 2.

Процессы коммутации вентилей идентичны на каждом интервале и повторяются с периодом Т/6 . Рассмотрим один из них, начиная с момента Т/2 (фиг. 2), В момент Т/2 снимается импульс включения главного - тиристора 1 и включается распределительный тиристор 7, подготавливая тем самым цепь отключения главного тиристора 1. С задержкой tB включается коммутационный тиристор 21 и начинается разряд коммутационного конденсатора по цепи конденсатор 19 - диод 29

-распределительный тиристор 7 - главный тиристор 1 - коммутационный тиристор 21

-конденсатор 19. Напряжение на конденсаторе 19 снижается ниже заданного уровня, вследствие чего выходной сигнал Dig датчика 39 становится равным нулю. Разрядный ток конденсатора 19 вытесняет ток нагрузки из главного тиристора 1 и последний отключается. Коммутируемый ток нагрузки протекает по цепи источник 30 - тиристор 21 - конденсатор 19 - диод 29 иристор 7 - нагрузка 31 - тиристор 2 - источник 30. По истечении времени t0 отключается по управлению коммутационный тиристор 21. Коммутируемый ток нагрузки 5 замыкается по цепи конденсатор 20 - тиристор 7 - нагрузка 31 - тиристор 2 - диод 24 - конденсатор 20. При этом конденсатор 20 заряжается и, когда напряжение на нем достигает заданного уровня, срабатывает

10 датчик 40 и выдает сигнал U20, который подается на запрещающий вход элемента 42, аследствие чего прекращается прохождение сигнала G3. Сформированный таким образом сигнал 6з является истинной

5 задержкой включения очередного обратного управляемого вентиля 13. По окончании сигнала Сз формирователи 37 и 38 вырабатывают импульсы F4, Fia, F28 включения вентилей 4, 13 и 28 соответственно. Поскольку

0 напряжение вспомогательного источника 26 меньше заданного уровня напряжения на конденсаторе 20, включение дозарядно- го тиристора 28 не приводит к изменению уровня напряжения на коммутационном

5 конденсаторе 20. Поскольку в реальной схеме источник 26 содержит на выходе выпрямитель, включение дозарядного тиристора 28, к которому приложено обратное напряжение, равное разности напряжений на

0 конденсаторе 20 и источнике 26, остается без последствий и цля самого тиристора 28. Реактивный ток нагрузки замыкается по цепи обратный управляемый вентиль 13 - нагрузка 31 - главный тиристор 2 - вентиль 13

5 до тех пор, пока ток не спадет до нуля, после чего тиристор 13 отключается, ток нагрузки в коммутируемой фазе изменяет направление и протекает через главный тиристор 4. На фиг. 3-7 показаны узлы практически

0 реализованной системы управления инвертором.

На фиг. 3 элементы 43-45 (одновибрато- ры) образуют блок задержек (поз. 34, фиг. 1), элементы 46-48 и 49-51 (четыре элемента

5 2И-НЕ) образуют элементы ЗАПРЕТ (поз. 41 и 42, фиг. 1), элементы 52 и 53 (четыре элемента 2ИЛИ) и 54, 55 (четыре элемента 2ИЛИ-НЕ) выполняют суммирование задержек - VGi, а элементы 56 и 57 (одновиб0 раторы) формируют сигналы Си1 и Си, задержанные на время т,и или t3 после отключения коммутационных запираемых тиристоров.

5 Схема собственно формирователя импульсов (фиг. 4) включения главных тиристоров 1-6 содержит элементы 58-60 (два коммутатора четырех входов на один выход) и усилители сигналов 61-66, построенные на базе известных схем.

Схема собственно формирователя импульсов (фиг. 5) включения обратных управляемых вентилей 13-18 и дозарядных тиристоров 27 и 28 содержит элементы 67- 69 (два коммутатора четырех входов на один выход), элементы 70-73 (четыре элемента 2ИЛИ), выполняющие суммирование сигналов, и усилители 74-81 сигналов.

Схема формирователя импупьссв управления (фиг. 6) коммутационными запираемыми тиристорами 21 и 22 (поз. 36. фиг. 1) содержит элемент 82 (элемент 2-2-2-ЗИ- 4ИЛЙ-НЕ) и элемент 83 (четыре элемента 2ИЛИ-НЕ), выявляющие интерзалы совпадения и несовпадения сигналов DL Оз, Ds. Элементы 84 и 85 (одновибраторы) формируют сигналы GB и Go соответственно, которые задают длительность импульсов включения и отключения запираемых тиристоров. Распределение и преобразование сигналов VDi.3.5, VDus.-Ge и Со ос щестяляется при помощи элементов 86-93 (четырз але- меита 2И и четыре элемента 2 И Л И), в результате чего вырабатываются две серии сигналов Dai и D22 для управления усилителями 94 и 95 сигналов, которые вырабатывают импульсы F21 и F22 соответственно. На фиг. 7 приведена известная схема усилителя импульсов управления запираемым тиристором (поз. 94, 95 на фиг. 6). Источник 96 питания подк: ючен к трансформаторам 97 и 98 через транзисторы 99-102 и резистор 103. Выходные обмотки трансформаторов 97 и 98 через формирующие цепочки подсоединяются к управляющим электродам запираемого тиристора 104. Формирующие цепочки содержат тиристор 105, диоды 106 и 107, резисторы 108-111 и конденсатор 112,

Работу схемы формирователя импульсов управления коммутационными тиристорами (фиг. 6) совместно с усилителями (фиг. 7) иллюстрируют диаграммы на фиг. 8. С задержкой на время ts вырабатываются сигналы DI (I 21, 22), который включает транзистор 99, и DI , который включает транзистор 100, в результате чего формируется положительный импульс включения запираемого тиристора. По окончании сигнала DIтранзистор 99 отключается, транзистор 100 остается включенным, благодаря чему запираемый тиристор поддерживается во включенном состоянии. По окончании сигнала DI транзистор 100 от ключается, вырабатываются сигналы DS и оЛ, которые включают транзисторы 101 и 102 соответственно, а также тиристор 104, в результате чего формируется отрицательный импульс отключения запираемого тири- стора. По окончании сигнала DI

транзистор 101 отключается, транзистор 102 остается включенным, благодаря чему запираемый тиристор поддерживается з отключенном состоянии т.д.

Дозаряда коммутационных конденсаторов от вспомогательного источника не происходит в нормальном длительном режиме реСоты электропривода. От вспомогательное исюччика мощность .отребляется

0 только при пуске инвертора для первоначального однократного заряда коммутационных конденсаторов. Потребность во tir.noMOi ательиом источнике может также возникнуть при нарушениях нормальной

5 работы электропривода, например при резком сбросе и восстановлении нагрузки, совпадающих по времени с коммутационными процессами. Эпизодическое потребление мощности от аспомогателоного источника

0 позроляет снизить его массу и объем. Так, в известном инверторе мощность вспомога- тел,- зго источника составляет ориентировочно 0,4% установленной мощности инвертора, что дает 0,7% объема вспомога5 тельного оборудования от объема активных частей инвертора. Предлагаемое техническое решение позволяет снизить объем вспомогательного оборудования дозаряда до 0,3% обьема. Дополнительный эффект от

0 использования изобретения заключается в повышении надежности работы инвертора благодаря исключению зависимости работоспособности инвертора от состояния источника дозаряда.

5

Формула изобретения Инвертор, содержащий мосты главных и обратных тиристоров, соединенные между собой соответственно выводами пе0 ременного и постоянного тока, зашунтиро- ийнный разделительным диодом по выводам постоянного тока мост распределительных тиристоров, соединенный по выводам переменного тока с главным м

5 обратным мостами, включенные между разноименными по полярности выводами постоянного тока главного и распределительного мостов коммутационные цепочки в виде последовательно соединенных комму0 тационного конденсатора, зашунтирсван- ного управляемым источником дозаряда, и коммутационного запираемого тиристора, зашунтированного встречно включенным зарядным, диодом, блок управления, вклю5 чающий в себя последовательно связанные между собой задатчик частоты, распределитель импульсов и формирователи импульсов включения и отключения коммутационных тиристоров и тиристоров главного, обратного и распределительного мостов, а также

блок соответствующих задержек включения и отключения коммутационных тиристоров и тиристоров главного и обратного мостов, включенный между задатчиком частоты и соответствующими формирователями импульсов, отличающийся тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей, он снабжен пороговыми датчиками

уровня напряжения на коммутационных конденсаторах и подключенными к их выходам элементами, выполняющими логическую функцию Запрет задержки включения тиристоров обратного и главного мостов при превышении напряжением на коммутационных конденсаторах заданного уровня.

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано в тяговом электроприводе с асинхронными короткозамкнутыми электродвигателями. Целью является улучшение массогабаритных показателей. Инвертор содержит тиристоры 1-6 главного моста, тиристоры 13-18 обратного моста и тиристоры 7-12 распределительного моста. Элементы 19-28 образуют два блока принудительной коммутации. Благодаря введенным пороговым датчикам 39 и 40 напряжения коммутационных конденсаторов 19 и 20 и соответствующей логике работы, реализуемой блоком управления 32-42, обеспечивается адаптивный характер подзаряда коммутационных конденсаторов. 8 ил.

Фие.2

ФогЗ

л

т

ФигМ