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

. /

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в тиристорных преобразователях частоты, предназначенных для питания асинхронных тяговых двигателей средств наземного электротранспорта и общепромышленных механизмов.

Целью изобретения является повышение надежности за счет улуча1ения коммутационных условий тиристоров.

На фиг. 1 дана принципиальная схема силовых цепей предлагаемого устройства; ни фиг. 2 - диаграмма импульсов управления Uy, поясняющая принцип действия устройства и процесс преобразования постоянного напряжения в трехфазное переменное; на фиг. 3 - функциональная схема системы управления устройством; на фиг 4 - диаграммы токов I и напряжений U, поясняющие принцип действия и электромагнитные процессы, происходящие в устройстве.

Автономный инвертор тока (фиг. 1) содержит сглаживающие реакторы 1 и 2, подсоединенные одними выводами к выводам для подключения источника питания, коммутирующий трансформатор 3 с первичными и вторичными обмотками 4-7, подсоединенными к одним выводам возвратных тиристоров 8 и 9 и разрядных диодов 10 :i 11 Аноды и катоды упомянутых тиристоров 8 и 9 и диодов 10 и 11 попарно объединены и подсоединяются к другим выводам сглаживающих реакторов 1 и 2. )йство также содержит коммутирующие тирр сторы 12 и 13, подсоединенные анодом и катодом к выводам двух коммутирующих i.C-цепей 14-17, с подключенными параллельно перезарядными тиристорами 18 и 19. Кроме того, к общим точкам соединения конденсаторов и реакторов LC-цепей подсоединяются выводы вторичных обмоток 4 и 7 трансформатора 3.

Другие катод и анод коммутирующих тиристоров 12 и 13 подсоединяются к выводам постоянного тока трехфазного моста распределительных диодов 20-25 и к выводам первичных обмоток 5 и 6 коммутирующего трансформатора 3. Выводы переменного тока распределительного диодного моста объединены с выводами переменного тока трехфазного моста главных тиристоров 26-31 и предназначенными для подключения трехфазной нагрузки 32-34. Выводы постоянного тока моста 26-31 подсоединяются к вторым выводам LC-цепей 14-17 и подключаются к выводам сглаживающих реакторов 1 и 2.

Блок управления устройства (фиг. 3) содержит двухканальный регулятор 35 частоты, выход которого подсоединен к входу двухканального распределителя 36 импульсов управления, два канала 37 и 38 которого подсоединены своими выходами через усили- тели-формгроьс1тели 39-42 к управляющим входам тиристоров 18, 26, 28 и 30 и через

усилители-формирователи 43-46 к управляющим входам тиристоров 19, 27, 29 и 31. Кроме того, выход канала 37 распределителя через первый одновибратор 47 и усилитель-формирователь 48 подсоединяется к управляющим входам возвратного тиристора 9, а выход канала 38 через первый одновибратор 49 и усилитель-формирователь 50 подсоединяется к управляющему входу тиристора 8.

0 В блок управления также входят вторые одновибраторы 51 и 52, подсоединенные входами к выходам первых одновибрато- ров 47 и 49 и логические элементы ИЛИ 53-54, подсоединенные входами к выходам одновибраторов 47, 51 и 49, 52 и выходами через усилители-формирователи 55 и 56 импульсов управления - к управляющим входам коммутирующих тиристоров 12 и 13. Устройство согласно диаграмме (фиг. 2) работает следующим образом.

0 Предположим, что на интервале времени to-ti включены тиристоры 29 и 30, вследствие чего ток нагрузки протекает от плюса источника питания через реактор 1 по цепи: 30, 34. 33, 29 и 2. .мину .: нс- очника питания. При этом кондеь..:аторы 14 и 16 заряжены полярностью напряжения, указанной на фиг. 1. В MOMv-i времени ti согласно диаграмме управ. выключают тиристор 30. Для э ГО первоначально вклю- ча ют пергзаря;... гиристор 18, вследствие чего конденсатор 14 перезаряжается по цепи: 14, 18, 15 и 14. В момент окончания перезаряда конденсатора на противоположную полярность (фиг. 4, момент времени t2) включают тиристор 12, вследствие чего конденсатор 14 через тиристор 12 перезаря5

5

жается по цепи: 14, 15, 12, 24, 30 и 14. Ток

тиристора 30 начинает спадать (фиг. 4), и в момент равенства тока нулю тиристор 30 выключается.

При этом избыточный ток перезаряда конденсатора 14 замыкается по цепи: 14, 15

0 12, 6, 10 и 14, вследствие чего к выключенному тиристору 30 на время восстановления его вентильных свойств прикладывается обратное напряжение, равное напряжению первичной обмотки 6 Ue коммутирующего трансформатора 3; плюс Ug прикладывается через диод 24 к минусу тиристора 30, а минус Ue через диод 10 к аноду тиристора 30. При выключении тиристора 30 ток нагрузки выключаемой фазы переводится в цепь: -f источника питания 1, 14, 15, 12, 24,

0 34, 33, 29 и 2, минус источника питания. При этом конденсатор 14 перезаряжается (фиг. 4) до исходной полярности -напряжения, превышающего в 1,7-1,8 раза U (где Ud - входное напряжение источника питания), вследствие чего тиристор 12 вы5 ключается.

Поскольку напряжение на конденсаторе 16 имеет неизменную полярность, то при включении тиристора 9 ток обмотки 7 коммутирующего трансформатора замыкается по цепи: 7, 16 и 9 (фиг. 4, диаграмма Ь).

Коэффициент трансформации коммутирующего трансфор 5атора выбирается таким образом, чтобы обратное напряжение, прикладываемое к выключаемому тиристору, было равно

LV. Ui6/K2,i, где Ui6 - напряже-ше конденсатора 6;

К2,1 - коэффициент трансформации комраспредетителя 36 импу;;ьсов упранленич подается последовательность сдвинутых во времени импульсов управления. С выхода распределителя логические сигналы управ. :е- ния поступают на входы усилителей-Фо,- мироватсмей и согласно диаграмме yi piiivie- ния (фиг. 1) на управляющие вхолы пприс- торов 26, 28, 30 и 27, 29, 31. В моменты чремени {,, t.-j, ts, t, tg, ... распределитель 36 формирует импульсы управления, поступаюмутирующего трансформатора, ю Щие на управляющие входы пе;ч-зарядных

Поскольку к выключенному тиристору прикладывается напряжение первичной сйб- мотки коммутирующего трансформатора, то к противоположному тиристору 31 прикладывается сумма напряжений, равная

U.50 Urf + Ui)ii,

а это приводит к существенному снижению уровня коммутационных перенапряжений. При этом обратное напряжение пр1 клады- вается в течение интервала времени, равного t2-12(ФИГ. 1).

По окончании процесса коммутации согласно диаграмме импульсов управления на интервале времени ta--1з подается импульс управления на противоположный коммути- руюпхий тиристор, вследствие чего, если на15

тиристоров и на вхолы первь; щновибра- торов 47 и 49 формируюип: падержку, равную т. С выходов однс-виб;- : оров 47 и 49 импульсы управлскчя псступ;;;, п на входы логических элементов ИЛИ 53 t: 54, а затем через усилители-формирователи 55 и 56 на управляющие входы коммутирующих торов. Поскольку согласно диаграмме (фиг. 2) для дозаряда ке-.ммутирующих конденсаторов следует подава1: импульс уп 20 равления на второй коммути -ющий тприс- тор, не участвующий в npoiu cce коммутации, то на вторые входы 1огических э.-|е- ментов ИЛИ поступают им1 ульсы управления, сформированные элементами задержки. На вход одновнбраторов 51 и 52 поступают

пряжение на конденсаторе 14 по окончании 2 импульсы первых одновиГраторов 47 ; -19, процесса коммутации ввиду малого тока на-по передним фронтам которых формируется

груз.чи ниже, чем U, то конденсатор 14 за-задержка (4/3) т. Выходи однонибраторов

подключаются к противоположным R каналах управления элементам ИЛИ, чем обесряжается по цепи: плюс источника 1, 14, 15, 2, диодный мост 20--25, 13, 17, 6 и 2, минус источника питания. Длите. -.ьность им- пул ьсов управления коммутирующими тиристорами выбирается больше, чем вследствие чего обеспечиБается цепь для дозаряда коммутирующих конденсаторов.

На интервале времени tz-i выключают тиристор 29, для чего вк тючают перезарядный тиристор 9, а затем с выдержкой времени коммутирующий тиристор 13. При этом коммутирующ,ий конденсатор 16 -перезаряжается по контуру 6, I, 5, 13, 17 и 16, вследствие чего к выключаемому тиристо:ю

35

печиваегся включение коммутирующих ти- рксторов для осуществления дозаряда с выдержкой т/3 после окончания процессов в колебатель:к).м KUH vpe (. 1, кри. ii).

Формула изобр: ; сния

Автономный инвертор .жа, сс.ч -: ржащий подключенный к входным вывола. через сглаживающие реакторы тр хфа иы- : мост главных тиристоров, выводы пе)емс ного тока которого соединены с вых() выру 29 прикладывается напряжение первич- 40 водами и выводами переменного тока трех- ной обмотки 5 коммутирующего трансформатора 3.

Одновременно с включение.м коммутирующего тиристора включается возвратный тиристор 8, вследствие чего вторичная обмотка коммутирующего трансформатора 3 подключается к источнику постоянного напряжения, в качестве которого :1спользуется конденсатор 4.

Затем на интервале времени (4-Is согласно диаграмме (фиг. 2) повторно включается тиристор 12, если его напряжение по окончании процессов коммутации ниже, чем напряжение U, вследствие чего осуществляется дозаряд конденсатора 16.

Блох управления автономным инвертором напряжения работает следующим образом. На вход устройства подается сигнал задания выходной частоты преобразователя (U/), в зависимости от которого на входы

фазного моста распределительных диодов, две LC-цепи, каждая из которых состоит из поспедовательно соединенных коммутирующих конденсатора и дросселя, защунти- рованных перезарядным тиристором, и под- 45 ключена к соответствующему выводу постоянного тока моста главных тиристоров, соединенному с противоположным выводом соответствующего разрядного диода, а также блок управления, выполненный в виде последовательно соединенных двухканально50

го регулятора частоты, формирующего

заданную последовательность сдвинутых Ю времени в каждом канале логических сигналов управления, выходом подключенного к входу двухканального распределите„1Я им- 55 пульсов управления, подсоединенного в каждом канале управления к управляющим входам соответствующей группы трехфазного моста главных и перезарядных тираспредетителя 36 импу;;ьсов упранленич подается последовательность сдвинутых во времени импульсов управления. С выхода распределителя логические сигналы управ. :е- ния поступают на входы усилителей-Фо,- мироватсмей и согласно диаграмме yi piiivie- ния (фиг. 1) на управляющие вхолы пприс- торов 26, 28, 30 и 27, 29, 31. В моменты чремени {,, t.-j, ts, t, tg, ... распределитель 36 формирует импульсы управления, поступаю Щие на управляющие входы пе;ч-зарядных

Щие на управляющие входы пе;ч-зарядных

тиристоров и на вхолы первь; щновибра- торов 47 и 49 формируюип: падержку, равную т. С выходов однс-виб;- : оров 47 и 49 импульсы управлскчя псступ;;;, п на входы логических элементов ИЛИ 53 t: 54, а затем через усилители-формирователи 55 и 56 на управляющие входы коммутирующих торов. Поскольку согласно диаграмме (фиг. 2) для дозаряда ке-.ммутирующих конденсаторов следует подава1: импульс уп равления на второй коммути -ющий тприс- тор, не участвующий в npoiu cce коммутации, то на вторые входы 1огических э.-|е- ментов ИЛИ поступают им1 ульсы управления, сформированные элементами задержки. На вход одновнбраторов 51 и 52 поступают

импульсы первых одновиГраторов 47 ; -19, по передним фронтам которых формируется

:ю

35

печиваегся включение коммутирующих ти- рксторов для осуществления дозаряда с выдержкой т/3 после окончания процессов в колебатель:к).м KUH vpe (. 1, кри. ii).

Формула изобр: ; сния

Автономный инвертор .жа, сс.ч -: ржащий подключенный к входным вывола. через сглаживающие реакторы тр хфа иы- : мост главных тиристоров, выводы пе)емс ного тока которого соединены с вых() вы 40 водами и выводами переменного тока трех-

40 водами и выводами переменного тока трех-

фазного моста распределительных диодов, две LC-цепи, каждая из которых состоит из поспедовательно соединенных коммутирующих конденсатора и дросселя, защунти- рованных перезарядным тиристором, и под- 45 ключена к соответствующему выводу постоянного тока моста главных тиристоров, соединенному с противоположным выводом соответствующего разрядного диода, а также блок управления, выполненный в виде последовательно соединенных двухканально50

го регулятора частоты, формирующего

заданную последовательность сдвинутых Ю времени в каждом канале логических сигналов управления, выходом подключенного к входу двухканального распределите„1Я им- 55 пульсов управления, подсоединенного в каждом канале управления к управляющим входам соответствующей группы трехфазного моста главных и перезарядных тиристоров. отличающийсятем, что, с целью повышения надежности за счет улучшения коммутационных условий тиристоров, он снабжен коммутирующим трансформатором, двумя вошфатными тиристорами и двумя ком- мутиру;о1цими тиристорами, включенными в прям(4, направлении между LC-цепями и выводами ;;остоянного тока моста распределительных диодов, соединенными через первичные с бмотки коммутирующего трансфор- мат(;1 с соответствующими одноименными свободными выводами разрядных диодов, а -| ;ричпые обмотки коммутирующего трансформатора соединены последовательно с воз- (ь;ми тиристорами и подключены совместно с последними параллельно конден- гашпам LC-цепочек, соединенными с выводами постоянного тока моста главных :. горов, к которым подключены разно- чм,чн1ыми выводами возвратные тиристоры, .1 i блок управления введены два первых

одновибратора, выполненных формирующими задержку, равную т, где т - длительность полупериода собственной частоты перезаряда колебательного контура, образованного LC-цепями, коммутирующими трансформаторами, тиристорами и разрядными диодами, и подключенных, каждый входом к соответствующему выходу своего канала двухканального распределителя импульсов управления, а выходом - к управляющему входу соответствующего вспомогательного возвратного тиристора, два вторых одновибратора, выполненных формирующим задержку, равную 4/Зт, и подсоединенных, каждый своим входом к выходу первого одновибратора другого канала, два логических элемента ИЛИ, каждый из которых подключен входом к выходам первого и второго одновибраторов своего канала, а выходом - к управляющему входу ссютвет- ствующего коммутирующего тиристора.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для питания асинхронных тяговых двигателей средств наземного электротранспорта и общепромышленных механизмов. Целью является повышение надежности за счет улучшения коммутационных условий тиристоров. Устройство содержит мосты главных тиристоров (Т) 26 - 31 и распределительных диодов 20 - 25. Разрядные диоды 10, 11 соединены с первичными обмотками 5, 6 коммутирующего тр-ра, а возвратные Т 8, 9 - с его вторичными обмотками 4, 7. Коммутирующие Т 12, 13 соединены с LC-цепями 14, 15 и 16, 17, зашунтированными перезарядными Т 18, 19. Наличие Т 8, 9 позволяет путем выбора коэффициента трансформации коммутирующего тр-ра обеспечить требуемое обратное напряжение и возвращать избыточную энергию коммутации в один из коммутирующих конденсаторов LC-цепей. Т 18, 19 обеспечивают перезаряд конденсаторов LC-цепей. 4 ил.

PUZ.2

/

0i/S.J

SS

Л7

5б