Автономный инвертор тока с комбинированным возбуждением Советский патент 1992 года по МПК H02M7/515 H02H7/122 

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к автономным инверторам тока с комбинированным возбуждением, способным работать в режиме короткого замыкания в нагрузке.

Известен параллельны автономный инвертор тока , содержащий входной реактор, инверторный мост, выполненный по трехфазной мостовой схеме с системой управления, обеспечивающей требуемый угол запирания тиристоров инверторного моста в статическом и динамическом режимах, ти- ристорный компенсатор реактивной мощности с системой управления, трехфазный задающий генератор, коммутирующие конденсаторы, последовательный реактивный элемент, регулятор напряжения, обеспечивающий изменение угла запирания тири- стороа инверторного моста при изменении входного напряжения и нагрузки, автоматический регулятор фазы, обеспечивающий фазовое совпадение напряжения инвертора с напряжением компенсатора, датчик короткого замыкания, определяющего, момент возникновения, длительность и вид короткого замыкания,

Недостатком данного устройства являются завышенные реактивная мощность и соответственно массогабаритные показатели реакторно-компенсаторного оборудования, которые определяются завышенными значениями минимального угла запирания тиристоров.

Минимальный угол запирания выбирается, исходя из условия обеспечения минимально допустимого времени, представляемого для запирания тиристоров в наиболее тяжелом режиме работы ин- вертора. Таковым является режим короткого замыкания В этом режиме частота выходного напряжения (твых) определяется величиной емкости коммутирующих конденсаторов (Ск) и последовательных реакторов (Ln)

1

27TV

U -CK

и,как правило, выбирается в 2-3 раза выше номинальной рабочей частоты инвертора.

Кроме того, этот режим характеризуется уменьшенными значениями напряжений на коммутирующих конденсаторах (величина снижения напряжения зависит от уменьшения угла запирания) и повышенными токами вентилей, что также затрудняет их коммутацию. Поэтому для получения минимально допустимого времени, представляемого для запирания тиристоров, необходимо соответствующее повышение

расчетного минимального угла запирания по сравнению с таковым для работы при номинальной частоте выходного напряжения.

Наиболее близким по технической сущности является автономный инвертор тока с комбинированным возбуждением, содержащий компенсатор реактивной мощности, регулятор напряжения и задатчики углов запирания тиристоров, каждый из которых содержит компаратор, а также датчик мгновенного значения напряжения, датчик амплитуды напряжения, датчик модуля напряжения, генератор пилообразного напряжения, блок задержки, причем входы

датчиков подключены к соответствующим выходным выводам инвертора, вход генератора пилообразного напряжения подключен к выходу регулятора напряжения, выходы датчиков и генератора пилообразного напряжения подключены к входам компаратора, выход которого является выходом

задатчика и через блок управления подклю-; чен к соответствующему тиристору инвёр- торного моста

Недостатком этого инвертора является неустойчивость к коротким замыканиям в нагрузке, что приводит к снижению надежности питания, так как любое короткое замыкание в любой из составных частей нагрузки приводит к обесточиванию всей нагрузки,

Цель изобретения - повышение устойчивости к короткому замыканию на выходе и уменьшение массы и габаритов устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в автономный инвертор тока с комбинированным возбуждением, содержащий инвер- торный мост, вход которого через входной реактор соединен с входными выводами, а выход подключен к коммутирующим денсаторам, компенсатору реактивной мощности, управляемому задающим генератором и блоком управления, и через последовательный реактивный элемент соединен с выводами для подключения на- грузки, блок управления инвертором, выходы которого соединены с управляющими входами соответствующих тиристоров ин- верторного моста, а входы подключены к выходам соответствующих задатчиков углов запирания тиристоров, каждый из которых включает датчик мгновенного значения напряжения, датчик модуля напряжения, датчик амплитуды напряжения, блок задержки, входы которых подключены к первому входу соответствующего задатчика угла за- пирания тиристора, генератор пилообразного напряжения и компаратор, причем вход генератора пилообразного напряжения соединен с вторым входом соответствующего задатчика угла запирания тиристора, выходом которого является выход компаратора, регулятор напряжения, первый вход которого соединен с выводами для подключения нагрузки, а выход подключен к вторым входам всех задатчиков угла запирания тиристоров, введен датчик короткого замыкания, в каждый из задатчиков угла запирания тиристора введены датчик амплитуды напряжения с ограничением, четыре диода и три резистора, причем выходы датчика модуля напряжения, датчика амплитуды напряжения и датчика амплитуды напряжения с ограничением подключены соответственно к анодам первого второго и третьего диодов, катоды второго и третьего диодов соединены с анодом четвертого диода, вы- ход датчика мгновенного значения напряжения, выход генератора пилообразного напряжения и объединенные катоды перво

0

5 0 з 0 с 5

0

го и четвертого диодов соответственно через первый, второй и третий резисторы подключены к первому входу компаратора, второй вход которого соединен с выходом блока задержки, при этом датчики модуля напряжения и регулятор напряжения снабжены блокирующими входами, подключенными к выходу датчика короткого замыкания, вход которого соединен с выводами для подключения нагрузки

На фиг.1 приведена схема автономного инвертора тока с комбинированным возбуждением; на фиг.2 - диаграммы работы инвертора.

Автономный инвертор тока содержит коммутирующие конденсаторы 1 и компенсатор 2 реактивной мощности, подключенные к выходным выводам инверторного моста 3, входной реактор 4, подключенный к входу инверторного моста 3, блок управления 5 компенсатором, вход которого под ключей к задающему генератору 6, а выход - к компенсатору 2, последовательный реактивный элемент 7, вход которого подключен к выходу инверторного моста 3, а выход - к нагрузке 8, датчик 9 короткого замыкания, вход которого подключен к выходу последовательного реактивного элемента 7, регулятор напряжения 10, первый вход которого подключен к выходу датчика 9, второй вход к выходу последовательного реактивного элемента 7, задатчики 11 углов запирания тиристоров, первые входы которых подключены к соответствующим выходным выво- дам инверторного моста 3, вторые входы - к выходу регулятора 10, а выходы через блок управления 12 инвертором подключены к соответствующему тиристору инверторного моста, причем каждый задатчик 11 состоит из датчика 13 мгновенного значения напряжения, датчика 14 модуля напряжения, датчика 15 амплитуды напряжения, блока 16 задержки, входы которых подключены к первым входам задатчика 11, генератор 17 пилообразного напряжения, вход которого подключен к второму входу задатчика 11, компаратор 18, первый вход которого через первый резистор 19 и второй резистор 20 подключен соответственно к выходу датчика 13 и генератора 17, второй вход- к выходу блока 16, а выход компаратора 18 подключен к выходу задатчика 11, датчик 21 амплитуды напряжения с ограничением, вход которого подключен к первым выводам задатчика 11, первый 22, второй 23 и третий 24 диоды, аноды которых подключены к выходам соответственно датчиков 14, 15 и 21, причем катоды диодов 23 и 24 объединены и подключены к аноду четвертого диода 25, катод которого подключен к катоду диода 22

и через резистор 26 к первому входу компаратора 18, блокирующий вход датчика 14 является третьим входом задатчика 11, который, в свою очередь, у каждого задатчика 11 подключен к выходу датчика 9.

Инвертор работает следующим образом.

Постоянное напряжение через входной реактор 4 поступает в инверторный мост 3, который совместно с коммутирующими конденсаторами 1 и компенсатором 2 формирует трехфазную систему переменных напряжений, от которой питается нагрузка 8. Задающий генератор 6, воздействуя на блок управления 5, обеспечивает с помощью компенсатора 2 формирование трех- фазной системы напряжения с необходимой выходной частотой. Последовательный реактивный элемент 7 ограничивает величину и частоту тока короткого замыкания в нагрузке. Блок управления 12, задатчики 11 и регулятор 10 обеспечивают управление тиристорами инверторного моста. Датчик 9 определяет момент вбзникно- вения и длительность короткого замыкания в нагрузке и, воздействуя на регулятор напряжения 10 и задатчики 11, изменяет процесс формирования импульсов управления тиристоров инверторного моста 3, способствуя устойчивой работе инвертора,

Рассмотрим процесс формирования управляющих импульсов моста 3, используя один из задатчиков 11. Датчик 13 формирует напряжение, пропорциональное линейному напряжению UAC (1Мз, фиг.2), датчик 14 - напряжение, пропорциональное модулю напряжений UAC, UBC.UCA (Ui4, фиг.2), датчик 15 - напряжение, пропорциональное амплитуде напряжения UAC в интервале времени Т/4.„Т/2 и выбирается, исходя из требуемого угла запирания / в режиме короткого замыкания; датчик 21 -напряжение также пропорциональное амплитуде напряжения UAC в интервале времени Т/4.. Т/2 (IJ21, фиг.2), но ограниченное напряжением, определяемым максимальным уменьшением напряжения при изменении нагрузки и входного напряжения инвертора.При этом коэффициент передачи напряжения у датчика 21 до режима ограничения больше, чем у датчика 15.

Генератор 17 формирует напряжение пилообразной формы (Un, фиг.2), которое определяется уровнем напряжения регулятора 10 (Uio, фиг,2) в моменты прихода синхронизирующего напряжения UAC. поступающего на вход генератора 17. Блок задержки 16 вырабатывает сигнал (Uie, фиг.2), который разрешает формирование сигнала на выходе компаратора 18 (Uie,

фиг.2) только в разрешенном диапазоне регулирования угла запирания тиристоров, что предотвращает возникновение ложных импульсов при искажении напряжения UAC.

В нормальном режиме (отсутствие короткого замыкания в нагрузке) выходное напряжение с датчика 15 выше напряжения с датчика 19. Поэтому через диоды 23 и 24 на

диод 25 поступает напряжение с датчика 15. Однако на первый вход компаратора 18 это напряжение не приходит, так как напряжение на выходе датчика 14 (вход диода 22) выбирается большим напряжения на входе

диода 25. Поэтому выходной сигнал компаратора 18 определяется полярностью алгебраической суммы, формируемой на первом входе компаратора 18 из напряжений, поступающих на резисторы 19, 20, 26.

Импульс управления, сформированный в момент переключения компаратора 18 блоком управления 12 (Ui2, фиг.2), подается на тиристор инверторного моста 3. При этом угол запирания будет составлять . Регулятор напряжения 10, воздействуя на амплитуду пилы генератора 17, сдвигает импульс управления в нужную сторону и тем самым способствует поддержанию выходного напряжения инвертора на заданном уровне

при изменениях его входного напряжения и нагрузки.

При коротких замыканиях в нагрузке по сигналу с датчика 9 зануляются выходные напряжения регулятора 10 и датчика 14 (см.

Uю, Ui4 после ti, фиг.2). Это приводит к тому, что датчик 14 и генератор 17 не влияют на срабатывание компаратора 18. Срабатывание компаратора 18 определяется в этом режиме алгебраической суммой выходных

напряжений датчика 13 и большего из напряжений датчиков 15 и 21. При этом формируется угол запирания /%, который меньше угла . Если угол запирания тиристора Д уменьшился за контролируемый

порог, то это приводит к понижению напряжения UAC до значения, при котором напряжение на выходе датчика 21 (U21, фиг.2) станет большим напряжения на выходе датчика 15 (U is, фиг.2).

в результате к компаратору 18 подключается датчик 21, который своим выходным напряжением ограничивает дальнейшее снижение угла запирания Дг, вызывая формирование импульса управления с углом запирания /Зз(фиг.2), который больше /%. и не допуская тем самым дальнейшего снижения напряжения UAC, а, следовательно, и срыва коммутации инвертора.

Аналогично работают и другие датчики 11. При этом для своей синхронизации они используют другие напряжения инвертор- ного моста 3.

Таким образом, использование предла- гаемого изобретения позволяет выбрать ми- нимальный расчетный угол запирания, исходя из режима работы инвертора с номинальной выходной частотой, а работоспособность инвертора в режиме короткого замыкания обеспечивается путем ограничения снижения угла запирания (времени, предоставляемого для запирания), что позволяет уменьшить установочные мощности коммутирующих конденсаторов и реакто- ров компенсатора, а также индуктивность последовательного реактора Это, в свою очередь, приведет к улучшению массогаба- ритных показателей автономного инвертора тока с комбинированным возбуждением при сохранении его устойчивости к коротким замыканиям в нагрузке

Формула изобретения

Автономный инвертор тока с комбинированным возбуждением, содержащий ин- верторный мост, вход которого через входной реактор соединен с входными выходами, а выход подключен к коммутирующим конденсаторам, компенсатору реактивной мощности, управляемого зада- ющим генератором и блоком управления компенсатора, и через последовательный реактивный элемент соединен с выводами для подключения нагрузки, блок управления инвертором, выходы которого соедине- ны с управляющими входами соответствующих тиристоров инверторного моста, а входы подключены к выходам соответствующих задатчиков углов запирания тиристоров, каждый из которых включает датчик мгновенного значения напряжения.

датчик модуля напряжения, датчик амплитуды напряжения, блок задержки, входы которых подключены к первому входу соответствующего задатчика угла запирания тиристора, генератор пилообразного напряжения и компаратор, причем вход генератора пилообразного напряжения соединен с вторым входом соответствующего задатчика угла залиргния тириЪтора, выходом которого является выход компаратора, регулятор напряжеии:яТпёрвый вход которого соединен с выводами для подключения нагрузки, а выход подключен к вторым входам всех задатчиков угла запирания тиристоров, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости к короткому замыканию на выходе и уменьшения массы и габаритов устройства, введен датчик короткого замыкания, в каждый из задатчиков угла запирания тиристора введены амплитуды напряжения Ограничением, четыре диода и три резибтЪр ТгТрич ем вьГхб ды датчика модуля напряжения, датчика амплитуды напряжения и датчика амплитуды напряжения с ограничением подключены соответственно к анодам первого, второго и третьего диодов, катоды второго и третьего диодов соединены с анодом четвертого диода, выход датчика мгновенного значения напряжения, выход генератора пилообразного напряжения и объединенные катоды первого и четвертого диодов соответственно через первый, второй и третий резисторы подключены к первому входу компаратора, второй вход которого соединен с выходом блока задержки, при этом датчики модуля напряжения и регулятор напряжений снабжены блокирующими входами, подключенными к выходу датчика короткого замыкания, вход которого соединен с выво- для подключения нагрузки.

faf-lffjt/ff.lJi

w 2 sas0/(3 Риг.Ј

-4s

Сущность изобретения: автономный инвертор тока содержит 3 коммутирующих конденсатора 1 и 1 компенсатор 2 реактивной мощности, подключенные к выходным выводам инвертора моста 3,1 входной реактор 4, подключенный к входу инверторного моста 3, 1 блок 5 управления компенсатором, вход которого подключен к задающему генератору б, а выход - к компенсатору 2,1