Инвертор напряжения Советский патент 1991 года по МПК H02M7/515 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в тирмсторных преобразователях главного привода станков с числовым программным управлением.

Целью изобретения является улучшение массогабаритных показателей путем увеличения коммутирующей способности и снижения коммутационных перенапряжений, прикладываемых к коммутирующим тиристорам.

На фиг. 1 изображена функциональная схема инвертора напряжения; на фиг. 2 - диаграмма управления, поясняющая процесс преобразования постоянного напряжения в трехфазное переменное; на фиг, 3 - диаграмма, поясняющая электромагнитные процессы при выключении силовых тиристоров; на фиг. 4 - структурная схема системы управления.

Инвертор напряжения (фиг. 1) содержит источник 1 питания, подсоединенный к входным выводам 2 и 3 LC-фильтра 4, состоящий из последовательно включенных фильтрового конденсатора и токоог- раничивающего реактора, трехфазные главный и коммутирующий тиристорные мосты 5-16 (главные тиристоры 7, 8, 11, 12, 15 и 16, коммутирующие тиристоры 5, 6, 9, 10,13 и 14), подключенные выводами постоянного тока главного тиристорного моста к входным выводам, резисторы 17 и 18 м обратные диоды 19 и 20, включенные параллельно и подключенные между выводами постоянного тока трехфазных главного и коммутирующего тиристорных мостов, три LC-цепи 21-26, состоящие из последовательно соединенных коммутирующих реакторов и конденсаторов и подключенные между выводами переменного тока трехфазных главного и коммутирующего тиристорных мостов, трехфазную нагрузку 27-29, подсоединенную к выводам переменного тока трехфазного главного тиристорного моста, систему 30 управления, подсоединенную выходными выводами к управляющим входам тиристоров.

Система 30 управления (фиг. 4) состоит из регулятора частоты 31 и распределителя 32 м 33 импульсов,подсоединенного в

каждом канале управления выходными выводами через усилительно-развязывающие элементы 34-43 к управляющим входам

анодных и катодных групп коммутирующих и главных тиристоров трехфазных тиристорных мостов. Входы распределителя импульсов подсоединяются к выходу регулятора частоты, на вход которого подается сигнал

задания выходной частоты автономного инвертора (АНН).

Инвертор напряжения работает следующим образом.

Согласно диаграмме импульсов управ5 ления U (фиг. 2) с соответствующей нумерацией на интервале времени to - tt включены главные тиристоры 7, 12 и 15, вследствие чего ток нагрузки замыкается по цепи 1, 2, 7,27,28, 12,3, 1, э также по контуру 1,2, 15,

0 29, 28, 12, 3, 1. При этом конденсаторы 22, 24 и 26 заряжены полярностью напряжения, указанной на фиг. 1. В момент времени ц согласно диаграмме фиг. 2 выключают тиристор 15. Для этого подают

5 импульс управления на коммутирующий тиристор 13. При включении тиристора 13 конденсатор 26 начинает перезаряжаться по контуру (диаграммы токов Z и напряжений U с соответствующей нумерацией

0 Фиг. 3) 26, 15, 19, 13, 25, 26, вытесняя ток нагрузки из тиристора 15. В момент выключения тиристора 15 ток нагрузки 29 переводится в коммутирующую LC-цепь 25, 26 и замыкается по контуру 1,2,19,13,25,26,29,

5 28, 12, 3, 1, а избыточный ток перезаряда конденсатора замыкается по цепи 26,15,19. 13, 25, 26, вследствие чего к тиристору 15 на время протекания избыточного тока перезаряда прикладывается обратное напряжение, необходимое для восстанов5 ления вентильных свойств асимметричного тиристора. В момент времени ta избыточный ток перезаряда становится равен току нагрузки, вследствие чего конденсатор 26 перезаряжается током нагрузки (см. кри0 вую Uc26, c2&) по контуру 1, 2, 19,13, 25,26, 29,28, 12, 3, 1. В момент времени t4, когда напряжение на конденсаторе ниже, чем входное напряжение Ud включается очередной главный тиристор 16, вследствие

5 чего начинается форсированный презаряд и доза ряд конденсатора 26 до напряжения выше, чем входное напряжение Ud. В момент времени ts напряжение на коммутирующем конденсаторе 26 становится равным входному напряжению АЙН (Ud), начинается спад тока нагрузки в контуре коммутации, вследствие чего спадающий ток нагрузки переводится в контур 1. 2, 19, 13,25,26,29,28.12,3,1,а ток нагрузки фазы 29 замыкается по контуру 29, 28, 12, 16,29. В момент времени t напряжение на конденсаторе 26 достигает максимального значения, вследствие чего конденсатор 26 разряжается по цепи 26, 25,13, 17, 4,16, 26. Поскольку величина резистора 17 выбирает- ся из условия, чтобы ток спадал по апериодическому закону, напряжение в момент времени t равно входному напряжению АЙН (Ud). При этом тиристор 13 восстанавливает свои вентильные свойства по кон- туру 26, 25, 13, 17, 4, 16, 26. Вследствие этого к тиристору 13 прикладывается незначительный всплеск напряжения, а к противоположному тиристору 14 прикладывается сумма напряжений, равная вход- ному напряжению Ud, падению напряжения на резисторе 17 и падению напряжения на индуктивностях соединений силовой цепи. Кривая напряжения на тиристоре 14 показана на фиг. 3. По мере протекания тока через резистор 17 к тиристору 14 прикладывается дополнительное напряжение, превышающее Ud.

По мере спада обратного тока, обуслов- ленного энергией, запасенной в фазе 29, в момент времени в тиристоре 16 меняет знак и начинает процесс нарастания тока в фазе 29 по контуру 1, 2, 7, 27, 29, 16, 3, 1. На этом процесс выключения тиристора 16 заканчивается. В момент времени ta выключают тиристор 12, для этого подают сигнал управления на тиристор 10. При этом тиристор 12 выключается по контуру 24, 23, 10, 20, 12, 24. При этом ток обратного восста- новления тиристора 10 протекает по контуру 10, 23, 24, 11,4, 18, 10, вследствие чего к тиристору 9 прикладывается всплеск коммутационных напряжений, равный входному напряжению Ud и падению напряжения на резисторе 18. Для снижения всплеска коммутационных напряжений резисторы 17 и 18 выполняются безындуктивными. В момент времени tg, tio, tn. 112 коммутационные электромагнитные процессы проис- ходят аналогично.

Устройство управления автономным инвертором напряжения работает следующим образом. На вход регулятора 31 выходной частоты подается сигнал задания Ur, в

результате чего он формирует последова- тельнбсть нормированных и сдвинутых по времени логических сигналов управления, поступающих на вход распределителя 32, 33 импульсов. С выхода распределителя 32 импульсов через усилительно-развязывающие элементы 34-39 на управляющие входы тиристоров подаются импульсы управления ГА0ГврГс|1 А|Кв|Кс(соответствен- но на управляющие входьмгиристоров 7,1, 15, 5, 9, 13) с выхода 33 -ГА0ГврГс|КА|Кв|Кс, (соответственно на управляющие входы тиристоров 8.J2, 16, 6, 10, 14). При этом импульсы Kj и Kj формируются соответственно по задним фронтам импульсов управления Г и Г.

По окончании процесса коммутации разряд конденсаторов LC-цепей происходит по апериодическому закону, вследствие чего напряжение на коммутирующих конденсаторах не снижается ниже, чем входное напряжение Ud. Использование в качестве коммутирующих тиристоров асимметричных позволяет также снизить уровень коммутационных напоржений, поскольку в процессе восстановления вентильных свойств к коммутирующим тиристорам прикладывается всплеск напряжений, не превышающий падение напряжения на резисторах 17 и 18, что позволяет улучшить массогабаритные показатели инвертора напряжения.

Формула изобретения 1. Инвертор напряжения, содержащий подключенный к входным выводам трехфазный главный тиристорный мост, выводы переменного тока которого подключены к выходным выводам и через коммутирующие последовательные LC-цепи - к выводам переменного тока трехфазного коммутирующего тиристорного моста, к анодной группе которого подключен катод первого обратного диода, а к катодной группе - анод второго обратного диода, блок управления, состоящий из последовательно включенных регулятора частоты и распределителя импульсов управления,выполненного обеспечивающим формирование последовательности сдвинутых и нормированных по длительности импульсов управления трехфазным главным ти- ристорным мостом, по задним фронтам которых обеспечивается формирование коротких импульсов управления трехфазным коммутирующим тиристорным мостом, при этом выходы распределителя импульсов управления через усилительно-развязывающие элементы соединены с управляющими входами трехфазных

главного и коммутирующего тиристорных мостов, доли чающийся тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей путем увеличения коммутирующей способности и снижения коммутационных перенапряжений, прикладываемых к коммутирующим тиристорам, в него дополнительно введены два резистора, шунтирующих обратные диоды, анод первого из которых подключен к положительному,

0

а катод второго - к отрицательному входным выводам.

2.Инвертор по п. 1,отличающийся тем, что в качестве тиристоров коммутирующего и главного мостов использованы асимметричные тиристоры.

3.Инвертор по п. 1,отличающийся тем, что резисторы выполнены безындуктивными.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в тиристорных преобразователях главного привода станков с числовым программным управлением. Целью является улучшение массогабаритных показателей путем повышения коммутирующей способности и снижения коммутационных перенапряжений, прикладываемых к коммутирующим тиристорам. Устройство содержит трехфазные главный и коммутирующий тири- сторные мосты 5-16, резисторы 17, 18, эашунтированиые обратными диодами 19, 20. Три LC-цепи 21-26. включенные между

fae.3

Фиг. Ч