Инвертор Советский патент 1991 года по МПК H02M7/519 

I

АП

СО С

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано, в частности, для питания тяговых двигателей электромобилей. Целью изобретения является повышение КПД. Устройство содержит цепочку из коммутирующих конденсатора 7 и дросселя 8. Два плеча образуют основные тиристоры 1 и 3, зашун- тировакные обратными диодами 2 и 4. Коммутирующий конденсатор 7 включен между общей точкой коммутирующих тиристоров 5 и 6 и общей точкой основных тиристоров 1 и 3. К точке соединения конденсатора 7 и дросселя 8 подключена пара встречных тиристоров 9 и 10. Наличие пары тиристоров 9,10 позволяет расширить диапазон регулирования напряжения на коммутирующем конденсаторе как за счет ограничения притока энергии, так и за счет вывода избыточной энергии из контура коммутации. 2 ил.

tt

8

//

О W

5

00

N

Фиг. 1

Изобретение относится к силовой пре- образозательной технике и может быть использовано во вторичных источниках питания с однофазной и трехфазной нагрузкой, в частности для питания тягового двигателя электромобиля.

Цель изобретения - повышение КПД. На фиг. 1 представлена принципиальная схема тиристорного преобразователя; на фиг. 2 - временные диаграммы тока с и напряжения Uc коммутирующего конденсатора.

Инвертор содержит два плеча, одно из которых состоит из основного тиристора движения 1 и включенного встречно ему обратно диода 2. Другое плечо, включенное последовательно с первым, состоит из основного тиристора торможения 3 и включенного встречно ему обратного диода 4. Коммутирующие тиристоры 5 и 6 соединены с коммутирующим конденсатором 7, образующим с коммутирующим дросселем 8 последовательную LC-цепочку К общей точке конденсатора и дросселя подключены анодом встречный тиристор 9 и катодом встречный тиристор 10. Нагрузка 11, в частности ею может быть последовательная цепь из якоря тягового двигателя и сглаживающего дросселя, включена между общей точкой основных тиристоров и отрицательным входным выводом.

При трехфазной нагрузке каждый мост обслуживает одну из фаз нагрузки. Инвертор осуществляет широтно-импульсное регулирование выходного напряжения, Различают два основных режима работы преобразователя: режим тяги и режим торможения. В режиме тяги основными является тиристор движения 1, а в режиме торможения -тиристор торможения 3. Тиристоры 5, 6, 9 и 10 выполняют сменяющие друг друга функции в режимах тяги и торможения. В режиме тяги тиристор 5 выполняет роль коммутирующего, а через тиристор 6 осуществляется холостой перезаряд конденсатора 7. При этом через тиристор 5 также осуществляется подпитка, а через тиристор 9 - сбор энергии коммутирующего контура. В режиме торможения тиристор б выполняет роль коммутирующего, а через тиристор 5 осуществляется холостой перезаряд конденсатора 7. При этом через тиристор 6 также осуществляется подпитка, а через тиристор 10 - сброс энергии коммутирующего контура. Диоды 2 и 4 включаются поочередно. С их помощью образуются контуры перезаряда конденсатора 7, а также цепи наброса и сбора энергии в коммутирующий контур.

Устройство работает следующим образом.

В режиме тяги энергия поступает в нагрузку из источника через тиристор 1. Запирание тиристора 1 производится следующим образом. От схемы управления включается тиристор 5 и конденсатор 7, правая обкладка которого имеет в этот момент t0 положительный потенциал, начина0 ет разряжаться по контуру 7-8-1-5-7, В момент ц ток 1С конденсатора достигает тока нагрузки 1Н и тиристор 1 выключается. Дальнейший перезаряд конденсатора происходит по контуру 7-8-2-5-7. Нагрузка

5 продолжает подпитываться от источника питания через диод 2. В момент t2 напряжение на конденсаторе достигает по абсолютной величине напряжения источника, начиная с этого момента целесообразно

0 включать тиристор 10. Момент t3 включения тиристора 10 определяет величину напряжения на конденсаторе 7. В момент ta тиристор 5 под действием обратного напряжения конденсатора 7 запирается и

5 энергия, запасенная в дросселе 8, в случае, если ток дросселя больше тока нагрузки, рекуперируется в источник питания по цепи 8-2-10-8. В тот момент, когда ток дросселя снижается до величины тока нагрузки, диод

0 2 запирается, а диод 4 отпирается. При этом образуется контур 8-4-10, по которому замыкается ток дросселя 8, и контур 11-4-11, по которому замыкается ток нагрузки. Если ток дросселя 10 снизился до величины тока

5 нагрузки еще до включения тиристора 10, то переключение диодов 2 и 4 произошло ранее момента t3 и при включении тиристора 10 ток дросселя 8 сразу замкнется через диод 4 по контуру 8-4-10-8. С момента от0 пирания диода 4 ток в нагрузке начинает снижаться. Перед тем, как вновь включить основной тиристор 1, необходимо произвести холостой перезаряд конденсатора 7. Для этого в момент t4 от схемы управления

5 включается тиристор 6 и конденсатор 7, у которого левая обкладка имеет положительный потенциал, начинает перезаряжаться по контуру 7-6-4-877. В момент ts, определяемый схемой управления, включается ти0 ристор 1. Диод 4 запирается и конденсатор 7 дозаряжается до первоначального напряжения от источника питания по контуру 7- 6-1-8-7. Меняя длительность интервалов времени ti-t3 и t4-ts, можно регулировать

5 уровень напряжения на коммутирующем конденсаторе в широком диапазоне, начиная от величины напряжения источника питания.

В режиме торможения преобразователь работает следующим образом.

Если при торможении напряжение на нагрузке 11 превышает напряжение источника питания, то открывается диод 2, и энергия из нагрузки рекуперируется в источник питания. Если напряжение на на- грузке меньше напряжения источника питания, то от схемы управления отпирается тиристор торможения 3. Ток в нагрузке возрастает и, когда он достигает нужной величины, тиристор 3 запирается, и энергия из нагрузки рекуперируется в источник питания через диод 2. Для запирания тиристора 3 отпирается тиристор 6 и конденсатор 7, левая обкладка которого имеет в этот мо- ментТо положительный потенциал, начина- ет разряжаться по контуру 7-6-3-8-7. В момент ti ток разряда конденсатора 7 достигает величины тока через тиристор 3, и последний закрывается. Дальнейший разряд конденсатора 7 происходит через диод 4 по контуру 7-6-4-8-7. Через диод 4 замыкается также ток нагрузки. В момент t2 напряжение на конденсаторе 7 достигает по абсолютной величине напряжение источника питания. Начиная с этого момента целе- сообразно включать тиристор 9. В момент ta включения схемы управления тиристора 9 тиристор 6 под действием обратного напряжения 7 запирается, и энергия дросселя 8 в том случае, если ток дросселя больше тока нагрузки, рекупирируется в источник питания по контуру 8-9-4-8. В момент, когда ток дросселя 8 уменьшается до тока нагрузки, закроется диод 4 и откроется диод 2. Ток дросселя 8 будет уменьшаться до нуля по контуру 8-9-2-8, а энергия нагрузки начнет рекуперироваться в источник питания по контуру 11-2-11.

Холостой перезаряд конденсатора 7 начинается в момент t4, когда включается ти- ристорб, и конденсатор, правая обкладка которого заряжена положительно, начинает перезаряжаться по контуру 7-8-2-5-7. В момент ts от схемы управления включается тиристор 3, диод 2 запирается, а конденса- тор 7 дозаряжается от источника питания по контуру 7-8-3-5-7. Меняя длительность интервалов и . можно регулировать максимальный уровень напряжения на коммутирующем конденсаторе от величины на- пряжения источника питания до другой, более высокой величины, необходимой для

обеспечения надежной работы преобразователя.

Сравнение работы преобразователя в режимах тяги и торможения показывает, что процессы повторяются, а меняются только контуры протекания токов. Введение дополнительной пары вспомогательных тиристоров позволяет снизить энергию коммутирующих элементов не только за счет ограничения притока энергии в контур коммутации, но и за счет вывода избыточной энергии из контура коммутации. Учитывая, что максимальный ток нагрузки требуется на сравнительно небольшом интервале времени, например при пуске двигателя, а остальное время ток нагрузки в три и более раз меньше максимального, использование двух способов поддержания оптимального количества энергии в коммутирующем контуре обеспечивает минимально возможные потери в преобразователе. Целесообразно увеличивать энергию коммутирующего контура при пуске двигателя и снижать ее при движении. Это тем более важно, что повышение КПД преобразователя снижает расход дорогостоящей аккумуляторной электроэнергии и увеличивает длину пробега между двумя подзарядами аккумуляторной батареи.

Формула изобретения Инвертор, содержащий подключенный к входным выходам полумоста основных тиристоров, зашунтированных обратными диодами и соединенных общей точкой с коммутирующей последовательной LC-цепочкой и первым выходным выводом, причем второй выходной вывод подключен к отрицательному входному выводу, а свободный вывод LC-цепочки соединен с общей точкой двух последовательно соединенных коммутирующих тиристоров, подключенных в прямом направлении к входным выводам, соединенным с двумя последовательно включенными встречными вентилями, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД в качестве встречных вентилей использованы тиристоры, подключенные общей точкой к точке соединения дросселя и конденсатора LC-цепочки, причем коммутирующие тиристоры соединены с конденсатором упомянутой цепочки.

Фиг. 2

t

t