Автономный инвертор тока Советский патент 1991 года по МПК H02M7/515 

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

Целью изобретения является повышение надежности в пусковом режиме за счет повышения коммутирующей способности блока принудительной коммутации.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема силовых цепей автономного инвертора тока; на фиг. 2 - диаграмма импульсов

управления Uy с соответствующей элементам нумерацией, поясняющая принцип действия устройства, и диаграмма напряжений U, поясняющая процесс преобразования постоянного напряжения в трехфазное переменное; на фиг. 3 - функциональная схема блока управления устройством; на фиг. 4 - диаграммы токов I и напряжений U, поясняющие принцип действия и электромагнитные процессы, происходящие в устройстве.

Автономный инвертор тока содержит сглаживающие реакторы 1 и 2, подсоединенные к выводам для подключения исOs Ю XI N3 СО СА

Ю

точника питания, коммутирующий трансформатор 3 с первичными и вторичными обмотками 4-7 и зарядной обмоткой 8, подсоединенными к одним выводам возвратных тиристоров 9, 10 и разрядных диодов 11, 12. Аноды и катоды тиристоров 9 и 10 и диодов 11 и 12 попарно объединены и подсоединяются к другим выводам сглаживающих реакторов 1 и 2. Инвертор содержит также коммутирующие тиристоры 13, 14, подсоединенные анодом и катодом к выводам двух коммутирующих LC-цепей 15, 16 и 17, 18 с подключенными параллельно перезарядными тиристорами 19, 20. К общим точкам соединения конденсаторов и реакторов LC-цепей подсоединяются выводы вторичных обмоток 4 и 7 трансформатора 3. Другие катод и анод коммутирующих тиристоров 13, 14 подсоединяются к выводам постоянного тока трехфазного моста распределительных диодов 21-26 и к выводам первичных обмоток 5 и б коммутирующего трансформатора 3. Выводы переменного тока трехфазного моста распределительных диодов объединены с выводами переменного тока трехфазного моста главных тиристоров 27-32 и предназначены для подключения трехфазной нагрузки 33-35. Выводы конденсатора 36 подсоединяются к выводам источника зарядного напряжения и к выводу зарядной обмотки коммутирующего трансформатора 8. Встречно-параллельно включенные зарядные тиристор 37 и диод 38 подсоединяются между выводами конденсатора 36 и зарядной обмотки 8. Выводы постоянного тока трехфазного моста 27-32 подсоединяются к вторым выводам LC-цепей 15, 16 и 17, 18, а также подключаются к выводам сглаживающих реакторов 1 и 2.

Блок управления устройством (фиг. 3) содержит двухканальный регулятор частоты 39, выход которого подсоединен к входу двухканального распределителя импульсов управления с каналами 40 и 41, Выходы канала 40 подсоединены через усилители-формирователи 42-45 к управляющим входам тиристоров 19, 27, 29, 31 и через первый одновибратор 46 и усилитель-формирователь 47 подсоединяется к управляющим входам возвратного тиристора 9. Выходы канала 41 через усилители-формирователи 48-51 подключены к управляющим входам тиристоров 20, 28, 30, 32 и через первый одновибратор 52 и усилитель-формирователь 53 подсоединяются к управляющему входу тиристора 10.

Управляющие входы коммутирующих тиристоров 13 и 14 подсоединяются через

усилительно-развязывающие элементы 54 и 55 к выходам одновибраторов 46 и 52. В блок управления входит также двухвходо- вой логический элемент ИЛИ 56, подсоединенный входами к выходам одновибраторов 47, 53 и выходом через дополнительные одновибратор 57 и усилительно-развязывающий элемент 58 - к управляющему входу зарядного тиристора 37.

0 Инвертор согласно диаграмме, приведенной на фиг. 2, работает следующим образом,

Предположим, что на интервале времени t0-ti включены тиристоры 27 и 30, вслед5 ствие чего ток нагрузки протекает от полюса источника питания через реактор 1 по цепи: 27-33-34-30-2- минус источника питания. При этом конденсаторы 15 и 17 заряжены полярностью напряжения, указанной на

0 фиг, 1. В момент времени ti согласно диаграмме управления выключают тиристор 30. Для этого первоначально включают перезарядный тиристор 20, вследствие чего конденсатор 17 перезаряжается по цепи:

5 17-18-20-17. В момент окончания перезаряда конденсатора на противоположную полярность (фиг, 4, момент времени та) включают тиристор 13, вследствие чего конденсатор 15 через тиристор 13 перезаряжается

0 по цепи:15-16-13-21-27-15. Ток тиристора 27 начинает спадать (фиг. 4), и в момент равенства тока нулю тиристор 27 выключается. При этом избыточный ток конденсатора 15замыкается по цепи: 15-16-13-6-11-15,

5 вследствие чего к выключенному тиристору 27 на время восстановления его вентильных свойств прикладывается обратное напряжение, равное напряжению первичной обмотки 6 (Ue) коммутирующего трансформатора

0 3: плюс Ue прикладывается через диод 21 к минусу тиристора 30, а минус через диод 11 - к аноду тиристора 27.

При выключении тиристора 27 ток нагруз- 5 ки выключаемой фазы переводится в цепь: плюс источника питания -1-15-16-13-21- 33-34-30-2- минус источника питания. При этом конденсатор 14 перезаряжается (фиг. 4) до исходной полярности напряжения, пре- 0 вышающего в 1,7-1,8 раза Ud (где Ud - входное напряжение источника питания), вследствие чего тиристор 13 выключается.

Поскольку напряжение на конденсаторе 16 имеет неизменную полярность, то при 5 включении тиристора 10 ток обмотки 7 коммутирующего трансформатора замыкается по цепи: 7-17-10 (фиг. 4, диаграмма I). Коэффициент трансформации коммутирующего трансформатора выбирается таким, чтобы обратное напряжение, прикладываемое к выключаемому тиристору, было равно

UoK Ul5/K2.1,

где Uis - напряжение конденсатора 15;

К2,1 - коэффициент трансформации коммутирующего трансформатора между обмотками 4, б и 5, 7.

По окончании процесса коммутации согласно диаграмме импульсов управления на интервале времени T. подается импульс управления на зарядный тиристор 37. В результате конденсатор 36 через тиристор 37 перезаряжается через обмотку 8 коммутирующего трансформатора.

Если напряжение на конденсаторе 17 по окончании процесса коммутации (ввиду малого тока нагрузки) ниже, чем Use «8,7, где Узе - напряжение на конденсаторе 36, то конденсатор 17 заряжается по цепи: 7- 10-17-10-7.

Параметры обмотки 8 выбираются так, что конденсатор 36 перезаряжается в колебательном режиме на противоположную полярность, вследствие чего тиристор 37 выключается, и затем через обмотку 8 и диод 38 конденсатор 36 перезаряжается до исходной полярности напряжения. Внутреннее сопротивление источника питания конденсатора 36 выбирается таким, чтобы процесс перезаряда конденсатора носил колебательный характер. Коэффициент трансформации между зарядной обмоткой 8 и возвратными обмотками А и 7 выбирается из условия обеспечения начального напряжения конденсаторах (UCo), обеспечивающего выключение тиристоров с максимальным током нагрузки. Длительность импульсов управления возвратными тиристорами выбирается больше, чем т (г - полупериод перезаряда колебательного контура), вследствие чего обеспечивается при включении тиристора 37 цепь для поочередного дозаряда коммутирующих конденсаторов.

На интервале времени т.з-14 включается тиристор 30, для чего включают перезарядный тиристор 20, а затем с выдержкой времени t- коммутирующий тиристор 14. При этом коммутирующий конденсатор 17 перезаряжается по контуру: 17-12-5-14-18-17, вследствие чего к выключаемому тиристору 30 прикладывается напряжение первичной обмотки 5 коммутирующего трансформатора 3. Одновременно с коммутирующим тиристором включается возвратный тиристор 9, вследствие чего

вторичная обмотка коммутирующего трансформатора 4 подключается к источнику постоянного напряжения, в качестве которого используется конденсатор 15. 5Затем на интервале t/i-ts (согласно диаграмме на фиг, 2) включается зарядный тиристор 37 и по цепи: 4-9-15-4 осуществляется дозаряд конденсатора 15.

При пуске автономного инвертора тока

0 подается запрет по цепи питания на формирователи импульсов управления главными тиристорами 27-32, при этом тиристоры узла принудительной коммутации переключаются в соответствии с диаграммой,

5 представленной на фиг. 2, вследствие чего конденсаторы 15 и 17 дозаряжаются до напряжения, равного 11зб «4.8 и 1)зб К 7,8. {К4.8 и К 7,8 - коэффициент трансформации между обмотками трансформатора).

0

Блок управления автономным инвертором тока работает следующим образом. На вход устройства подается сигнал задания выходной частоты преобразователя Ur, в ъа5 висимости от которого на входы распределителя 40, 41 импульсов управления подается последовательность сдвинутых во времени импульсов управления. С выхода распределителя логические сигналы управ0 ления поступают на входы усилителей-формирователей и согласно диаграмме на фиг. 2 на управляющие входы тиристоров 27, 29, 31, 28, 30, 32. В моменты времени t4, ts, ts, t7, tg распределитель 40, 41 формирует им5 пульсы управления, поступающие на управляющие входы одновибраторов 46, 52, формирующих задержку, равную т. С выходов одновибраторов 46 и 52 импульсы управления через усилительно-развязыва0 ющие элементы 54 и 55 поступают на управляющие входы коммутирующих тиристоров 13 и 14 и через усилительно-развязывающие / элементы 47, 53 - на управляющие входы возвратных тиристоров 8 и 9. С выходов

5 усилителей-формирователей 47 и 53 импульсы управления поступают на входы двухвходового логического элемента ИЛИ 56. С выхода элемента 56 сигнал управления поступает на вход одновибратора 57,

0 формирующего задержку более чем 4/3 т, и затем через усилительно-развязывающий элемент 58 - на управляющий вход зарядного тиристора 37. Импульсы управления с выходов усилителей-форми5 рователей 47 и 53 формируются по длительности равными 5/3 т , вследствие чего при включении тиристора 37 осуществляется дозаряд коммутирующих конденсаторов 15 и 17.

Формула изобретения Автономный инвертор тока по авт. св. № 16123 63,отлича ющийся тем, что, с целью повышения надежности в пусковом режиме за счет повышения коммутирующей способности блока принудительной коммутации, коммутирующий трансформатор снабжен зарядной обмоткой, подключенной через введенные зарядный тиристор и встречно-параллельно соединенный с ним зарядный диод к выводам для подключения источника зарядного напряжения зашунтированным введенным конденсаторам, а блок управления снабжен дополни

5

тельными одновибратором усилительно- развязывающим элементом и двухвходовым логическим элементом совпадения, подсоединенным входами к выходам первых одновибраторов, формирующих импульсы управления на возвратные тиристоры, и выходом через дополнительный одновибратор, выполненный формирующим задержку 3/4 т, где т -длительность полупериода перезаряда колебательного контура, образованного коммутирующей LC-цепью, и дополнительный усилительно-развязывающий элемент - к управляющему входу зарядного тиристора.

Изобретение относится к преобразовательной технике и м.б. использовано в тиристорных преобразователях частоты, предназначенных для питания асинхронных тяговых двигателей средств наземного электротранспорта и общепромышленных механизмов. Целью является повышение надежности за счет повышения коммутирующей способности блока принудительной коммутации. Инвертор содержит коммутирующий трансформатор 3 с первичными и вторичными обмотками 4-7, соединенными с возвратными тиристорами 9, 10 и разрядными диодами 11, 12. Коммутирующие тиристоры 13, 14 соединены с двумя коммутирующими LC-цепями 15, 16 и 17, 8 с параллельно подключенным перезарядным тиристорами 19, 20. Трехфазный мост распределительных диодов 21-26 соединен с трехфазным мостом главных тиристоров 27-32. К зарядной обмотке 8 трансформатора 3 подключен зарядный тиристор 37 с диодом 38, подключенный к конденсатору 36. По окончании процесса коммутации включается тиристор 37, и конденсатор 36 перезаряжается через обмотку 8. Если в этот момент напряжение на конденсаторе LC-цепи ниже напряжения на конденсаторе 36, то конденсатор LC-цепи заряжается. 4 ил. w 6

Vug. г