Инвертор Советский патент 1991 года по МПК H02M7/515 

Изобретение относится к преобразовательной технике, используемой преимуществен но в автономном тяговом электроприводе с асинхронными короткозамкнутыми электродвигателями.

Целью изобретения является повышение функциональной надежности инвертора путем выявления аварийной ситуации и предотвращения ее развития.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема инвертора с блоками управления; на фиг. 2 - схема блока защиты; на фиг. 3 - схема преобразователя постоянного напряжения в импульсное.

Инвертор содержит главные тиристоры 1-6, распределительные тиристоры 7-12 и обратные управляемые вентили 13 - 18, образующие мосты, соединенные между собой выводами переменного тока. Кроме того, главный и обратный мосты соединены между собой выводами постоянного тока. Коммутационные конденсаторы 19 и 20 и коммутационные запираемые по управлению тиристоры 21 и 22 образуют две последовательные цепочки, включенные между разноименными выводами постоянного тока главного и распределительного мостов. Встречно-параллельно коммутационным тиристорам 21 и 22 включены зарядные диоды 23 и 24 соответственно. Вспомогательные источники 25 и 26 питания постоянного напряжения в частном случае - это общая аккумуляторная батарея, питают преобразователи 27 и 28 постоянного напряжения в импульсное.

В качестве преобразователей 27 и 28 могут быть использованы полупроводниковые прерыватели постоянного тока, преобразователи типа Ройера и другие, реализуемые по известным схемам. Разделительный диод 29 включен между выводами постоянного тока распределительного моста. Главный источник 30 питания инвертора подключен к выводам постоянного тока главного и обратного мостов. Величина напряжения источника 30 может изменяться в широких пределах. Принято, что источник 30 обладает обратной проводимостью. Нагрузка инвертора 31 (тяговый - асинхронный двигатель) подключена к выводам переменного тока мостов главного, обратного и распределительного. Задатчик 32 частоты соединен с распределителем 33 импульсов и блоком 34 задержек. Выходы распределителя 33 импульсов соединены с входами формирователей 35 - 38 импульсов включения соответственного распределительных тиристоров 7-12, коммутационных тиристоров 21 и 22, обратных управляемых вентилей 13 - 18 и преобразователей 27 и

28, главных тиристоров 1-6. Выходы блока 34 соединены с входами формирователей 36 - 38. Выходы формирователей 35 - 38 соединены с управляющими электродами соответствующих тиристоров и с управляющими входами преобразователей 27 и 28.

Выходы преобразователей 27 и 28 соединены с первичными обмотками трансформаторов 39 и 40 соответственно, вторичные

обмотки которых соединены с диодными выпрямителями 41 и 42 соответственно. Трансформаторы 39 и 40 обеспечивают гальваническое разделение вспомогательных и главных цепей, а также согласование

напряжение дозаряда с напряжением источников 25 и 26. Диодные выпрямители 41 и 42 собраны по мостовой схеме и через датчики 43 и 44 уровня тока соответственно подключены к коммутационным конденсаторам 19 и 20. Логические элементы НЕ 45 и 46 подключены своими входами к выходам формирователя 37, выдающим импульсы включения преобразователей 27 и 28 соответственно. Выходы логических элементов

НЕ 45 и 46 соединены с первыми входами логических элементов И 47 и 48 соответственно, вторые входы которых соединены с выходами датчиков 43 и 44. Выходы логических элементов 14 47 и 48 соединены с входами блока 49 защиты. Элементы 25, 27, 39 и 41 образуют источники подзаряда.

Инвертор работает следующим образом.

В исходном состоянии схема обесточена, напряжение источника 30 равно нулю, конденсаторы разряжены, управляющие сигналы и импульсы включения полупроводниковых приборов и устройств отсутствуют. При подаче управляющего сигнала Uy на

вход задатчика 32. последний вырабатывает синхронизирующие сигналы Gr, частота следования которых изменяется в зависимости от сигнала Uy. Аварийный сигнал Ua отсутствует, протекает нормальная работа инвертора, С приходом сигналов GT распределитель 33 выдает сигналы DI, сдвинутые друг относительно друга на время Т/б

и повторяющиеся с периодом Т -, где f частота выходного напряжения инвертора. Блок 34 выполняет функцию задержки сигналов GT последовательно на время te, to, ta и выдает соответственно сигналы GB, Go, Сз, показанные на фиг. 1 обобщенным еигналом GI. Задержка t&, исчисляемая от начала очередного интервала Т/6, определяет момент включения соответствующего коммутационного тиристора. Задержка te + to определяет момент отключения коммутационного тиристора. Задержка te + to + ta onределяет момент включения соответствующих главного тиристора, обратного управляемого вентиля и преобразователя дозаряда.

Включенное состояние преобразователей 27 и 28 задается импульсами F27, F28 соответственно, длительность которых определяется постоянной времени цепи заряда коммутационных конденсаторов, но не более Т/б - te - to -13. Включение преобразователей 27 и 28 обеспечивает заряд коммутационных конденсаторов 19 и 20 от источников 25 и 26 до заданного уровня напряжения, полярность которого показана на фиг. 1. В процессе заряда конденсаторов 19 и 20 датчики 43 и 44 соответственно вырабатывают сигналы, которые поступают на входы элементов 47 и 48. Поскольку на других входах элементов 47 и 48 сигналы с выходов элементов 45 и 46 соответственно отсутствуют, элементы 47 и 48 выходных сигналов не вырабатывают и блок 49 бездействует, сигнал UA равен логическому О, сигнал UA равен логической 1. При этом задатчик 32 продолжает нормально функционировать, а внешние цепи в соответствии с сигналом UA обеспечивают подачу напряжения от источника 30. При этом главные тиристоры, на которые поданы импульсы включения, набирают ток нагрузки 31.

По истечении интервала Т/б происходит коммутация соответствующего главного тиристора, например тиристора 1. При этом снимается включающий импульс с управляющего электрода тиристора 1, подается включающий импульс на тиристор 7. По истечении задержки IB включается тиристор 21 и по цепи: конденсатор 19 - диод 29 - тиристор 7 - тиристор 1 - тиристор 21 - конденсатор 19 начинает протекать разрядный ток конденсатора 19. В тиристоре 1 разрядный ток протекает встречно току нагрузки и вытесняет его из тиристора 1, последний обесточивается и начинает восстанавливать управляющие свойства, В течение времени to происходит частичный разряд конденсатора 19 током нагрузки. По истечении задержки t3 отключается тиристор 21 по своей цепи управления. При этом ток нагрузки в коммутируемой фазе переходит в цепь: конденсатор 20 - тиристор 7 - н агрузка 31 - тиристор 2 - диод 24 - конденсатор 20.

По истечении задержки подаются импульсы включения на управляющие электроды тиристоров 4 и 13 и на преобразователь 28. При этом диод 24 и тиристор 7 запираются напряжением конденсатора 20, приложенным к ним в обратном направлении по цепи конденсатор 20 диод 24 - вентиль 13 - тиристор 7 - конденсатор 20. Вентиль 13 набирает индуктивный ток нагрузки и шунтирует тиристор 4 до тех пор, пока индуктивный ток не спадет до

нуля, после чего тиристор 4 набирает активный ток нагрузки коммутируемой фазы противоположного направления. Включение преобразователя 28 обеспечивает дозаряд конденсатора 20 до заданного уровня. Схе0 ма готова к очередной коммутации.

В случае возникновения аварийной ситуации в инверторе, например, ввиду неотключения главного или коммутационного тиристора в процессе коммутации вследст5 вне потери ими управляющих свойств, коммутационный конденсатор разряжается полностью и вслед за этим начинается его перезаряд током нагрузки. Когда обратное напряжение на конденсаторе достигает

0 уровня падения напряжения на диодах выпрямителя 41 или 42, последние начинают проводить ток нагрузки, в результате чего срабатывает датчик 43 или 44 уровня тока. Выходной сигнал поступает на один из вхо5 дов элемента И 47 или 48 соответственно. При этом на другом входе элемента И также имеется сигнал, поскольку в процессе коммутации отсутствует импульс включения соответствующего преобразователя 27 или 28

0 и элементы НЕ 45 или 46 вырабатывают выходные сигналы, поступающие на вход элементов И 47 и 48 соответственно.

В результате элемент И срабатывает и его выходной сигнап воздействует на блок

5 49 защиты, который вырабатывает аварийный сигнал 1Гд, равный логической 1, воздействующий на задатчик 32 таким образом, что он отключается и прекращает генерирование сигналов GT. Исчезают им0 пульсы включения тиристоров, благодаря чему предотвращается возникновение сквозного короткого замыкания в инверторе.

Кроме того, изменение сигнала UA на

5 логический О приводит к срабатыванию защиты электропривода, которая отключает источник питания 30 или снижает его напряжение до нуля. В результате инвертор обесточивается.

0 На фиг, 2 показана схема блока 49 защиты для практической реализации, построенная на микросхемах серии К 155. Сигналы А7, 148 элементов 47 и 48 заведены на элемент 50 (микросхема К 155 /1Л1 - четыре

5 элемента 2ИЛИ), выход которого подключен к S-входу триггера 51 (микросхема К 155 ТМ2 - два триггера). Начальное состояние триггера 51 устанавливается либо вручную нажатием кнопки 52, либо автоматически устройством 53 восстановление схемы защиты по сигнапу Уз, связанных с R-входами триггера 51.

Блок 49 (фиг, 2) работает следующим образом.

Нажатием кнопки 52 или устройством 53 по сигналу Уз триггер 51 устанавливается в начальное состояние, когда сигнал UA отсутствует (логический О), а сигнал Од соответственно имеет место (логическая 1). При возникновении аварийной ситуации в инверторе появление любого из сигналов (47. Ьщ переводит триггер 51 в противоположное состояние, при котором сигнцл равен логической 1, а сигнал UA - логическому О. Для восстановления схемы защиты после устранения аварии в инверторе она возвращается в начальное положение вручную кнопкой 52 или автоматическим устройством 53.

Схема преобразователя 27 постоянного напряжения в импульсное построена на базе известной схемы Ройера (фиг. 3). На схеме показаны также вспомогательный источник 25 постоянного напряжения, трансформатор 39 v элементы преобразования импульса включения F27 применительно к схеме Ройера. Преобразователь содержит транзисторы 54 и 55, встречно-параллельно которым подключены диоды 56 и 57. В цепи управления транзисторами включены насыщающийся трансформатор 58, токоограни- чизающие резисторы 59 - 62 и диоды 63 - 66. Логический элемент НЕ 67 и усилитель 68 образуют цепь преобразования импульса включения F27. Преобразователь 28 аналогичен описанному.

При отсутствии сигнала Fa (логический О) имеет место (логическая 1) сигнал на выходе элемента НЕ 67 (фиг. 3). Этот сигнал усиливается в усилителе 68 и появляется на его выходе в виде напряжения указанной на фиг. 3 полярности. Под действием выходного напряжения усилителя 68 по цепям усилитель 68 - резистор 61 - диод 63 - диод 65 - усилитель 68 и усилитель 68 - резистор 62 - диод 64 - диод 66 - усилитель 68 протекают токи, в результате чего транзисторы 54 и 55 заперты падением напряжения на диодах 65 и 66 соответственно и преобразователь Ройера бездействует.

С появлением импульса включения F27 исчезают сигнал F27 и напряжение на выходе усилителя 68. При этом снимаются напряжения, запирающие транзисторы 54 и 55, и преобразователь Ройера начинает генерировать переменное напряжен невысокой частоты, которое трансформируется и далее используется для дозаряда коммутационного конденсатора.

Введение датчиков уровня тока в цепь источника дозаряда и применение логических элементов И, НЕ для блокирования источника дозаряда на время коммутации в

инверторе позволяет использовать диодный выпрямитель для защиты коммутационных конденсаторов и тиристоров от перенапряжений отрицательной полярности на конденсаторе и высокочастотных

собственных колебаний в контуре коммутации при аварийной ситуации в инверторе, а также позволяет своевременно выявить эту ситуацию и принять меры по ее устранению, благодаря чему повышается надежность инвертора и связанного с ним электрооборудования, поскольку предупреждается развитие сверхтоков в них.

20

Формула изобретения

1.Инвертор, содержащий мосты главных и обратных тиристоров, соединенные между собой соответственно выводами переменного и постоянного тока, мост распре5 делительных тиристоров, соединенный с главным и обратным мостами выводами переменного тока, коммутационные запираемые тиристоры и коммутационные конденсаторы, образующие две лоследова0 тельные цепочки, включенные между выводами постоянного тока главного и распределительного мостов, источники под- заряда, разделительный диод, включенный между выводами постоянного тока распре5 делительного моста, зарядные диоды, включенные встречно-параллально коммутационным тиристорам, задатчик частоты, соединенный с распределителем импульсов и блоком задержек импульсов,

0 формирователи импульсов включения и отключения тиристоров и источников подза- ряда, блок защиты и датчики уровня тока, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем выявления

5 аварийной ситуации в инверторе и предотвращения ее развития, источники лодзаряда подсоединены к коммутационным конденсаторам через датчики уровня тока, выход каждого из которых подключен к одному из

0 входов введенных двухвходовых логических элементов И, к другому входу которых соответственно подключен выход введенных логических элементов НЕ, входы которых, в свою очередь, соответственно подключены

5 к выходам формирователей импульсов включения источников подзаряда. а выходы логических элементов И подключены к входам блока защиты.

2.Инвертор по п..1, отличающийся тем, что каждый источник подзаряда содержит последовательно включенные преобразователь постоянного напряжения вспомогательного источника питания в импульсное, управляемый формирователем

импульсов включения источника подзаряда, разделительный согласующий трансформатор и диодный выпрямитель.

Изобретение относится к области силовой преобразовательной техники. Цель - повышение функциональной надежности инвертора путем выявления аварийной сиII туации и предотвращения ее развития. Инвертор содержит три тиристорных моста: главный 1 - 6, распределительный 7 - 12 и обратный 13-18. Между одноименными по полярности полюсами главного и распределительного мостов через двухоперацион- ные тиристоры 21, 22 подключены коммутационные конденсаторы 19,20, которые через датчики тока 43,44 и выпрямители 41, 42, трансформаторы 39, 40 и преобразователи 27, 28 подключены к источникам дозаряда 25. 26. Дополнительно к датчикам тока 43, 44 введены логические элементы 2И 47, 48 и НЕ 46, которые обеспечивают блокировку источника дозаряда на время коммутации главных тиристоров, что позволяет использовать выпрямители 41,42 для защиты от перенапряжений конденсаторов 19, 20 и тиристоров 1-6. 1 з.п.ф-лы, 3 ил. о. VI 00 СА fui.l

t&7

«ш

чг

UA

ил

Фиг.2