Автономный инвертор тока Советский патент 1992 года по МПК H02M7/515 

vj сл

00

со

о

ю

ND

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в тиристорных преобразователях частоты, предназначенных для питания асинхронных тяговых двигателей (АТД) электропоездов постоянного и переменного тока, а также для питания АТД общепромышленных механизмов.

Цель изобретения - повышение надежности путем гарантированного восстановления вентильных свойств тиристоров в процессе коммутации.

На фиг.1 дана принципиальная схема силовых цепей автономного инвертора тока; на фиг.2 - диаграмма импульсов управления, поясняющая принцип действия предлагаемого устройства и процесс преобразования постоянного напряжения в трехфазное переменное; на фиг.З - диаграмма токов и напряжений, поясняющая принцип действия и электромагнитные процессы, происходящие в устройстве.

Автономный инвертор тока (фиг.1) содержит шины постоянного тока 1 и 2 для подключения к источнику питания 3, сглаживающий реактор 4, подсоединенный к шине источника питания, трехфазный мост главных тиристоров 5-10, подсоединенный выводами постоянного тока к выводу сглаживающего реактора 4 и к шине постоянного тока 2, а выводами переменного тока к трехфазной нагрузке 11,12,13(где 11 -фаза А, 12 - фаза В и 13 - фаза С), трехфазный мост распределительных диодов 14-19, подсоединенный выводами переменного тока к выводам переменного тока трехфазного моста главных тиристоров, коммутирующую LC-цепь, состоящую из последовательно включенных коммутирующих конденсатора 20 и реактора 21, два перезарядных тиристора 22 и 23, подсоединенных одними анодом и катодом к анодам и катодам трехфазного моста главных тиристоров и другими анодом и катодом к выводам коммутирующей LC-цепи, коммутирующие тиристоры 24, 25, подсоединенные одними анодом и катодом к анодам и катодам трехфазного моста распределительных диодов и другими анодами и катодами к другому выводу коммути- рующей LC-цепи, ускорительные тиристоры 26,27, подсоединенные соответствующими выводами между выводами постоянного тока трехфазных мостов главных тиристоров и распределительных диодов, цепочки, состоящие из двух диодов 28 и 29,30 и 31,32 и 33,34 и 35, соединенные встречно-последовательно катодами и свободными концами подсоединенные параллельно коммутирующим и перезарядным

тиристорам, конденсаторы 36, 37, 38. 39, одним выводом подсоединенные к общей точке соединения катодов цепочек диодов, а другими концами - к анодам коммутирующих и перезарядных тиристоров, цепочки, состоящие из двух диодов 40 и 41, 42 и 43, соединенных встречно-последовательно анодами и другими свободными концами подсоединенных параллельно ускорительным тиристорам 26 и 27, конденсаторы 44 и 45, одними выводами подсоединенные к общим точкам соединения анодов, а другими выводами - к катодам тиристоров 26 и 27, систему управления 46, подсоединенную

своими выходами к входным выводам управления тиристоров 5-10, 22-27,

Автономный инвертор тока согласно диаграммам фиг.2 и 3 работает следующим образом.

Предположим, что на интервале времени tcrti включены тиристоры 8, 9, вследствие чего ток нагрузки протекает от плюса источника питания 3 через шину 1, реактор 4 по цепи 9, фаза С, фаза В, 8, шина 2, минус

источника питания 3. При этом конденсатор 20 заряжен полярностью напряжения, указанной на фиг.1. В момент времени ti согласно диаграмме фиг.2, включают тиристоры 22 и 24, вследствие чего конденсатор 20 перезаряжается по контуру 20, 21, 24, 16, 9, 22, 20, и ток в тиристоре 9 уменьшается до нуля (фиг.З).

В момент выключения тиристора 9 ток нагрузки фазы С замыкается по цепи: 3, 1,

4, 22, 20, 21, 24, 16, фаза С, фаза В, 8, 2, 3, вследствие чего конденсатор 20 перезаряжается током нагрузки, а к выключаемому тиристору 9 на время восстановления вентильных свойств прикладывается напряжение конденсатора 20.

В момент времени t2 с выдержкой времени, равной т, включается ускорительный тиристор 26, и коммутирующий конденсатор 20 перезаряжается в колебательном режиме на противоположную полярность по контуру 20, 21, 24, 26, 22, 20.

В момент времени гз напряжение на коммутирующем конденсаторе достигает напряжения входного источника питания 3,

вследствие чего начинается процесс спада тока в фазе С и нарастания в фазе А, так как на вход тиристора 5 подан управляющий импульс. На интервале t3-t4 ток в фазе С спадает до нуля и конденсатор 20 заряжается до напряжения, превышающего входное напряжение источника 3, При этом тиристоры 22, 26, 24 восстанавливаются током обратного восстановления (lrr) по контуру 20, 22, 26, 24, 21, 20. Рассмотрим возможные

варианты сочетания параметров зарядов

обратного .восстановления тиристоров: 1)

Qrr,22 Qrr.26 Qrr,24; 2) Qrr,24 Qrr,26 Qrr,22;

3) Qrr,26 Qrr,24 Qrr,22, где индексами 22, 24, 26 обозначены тиристоры на фиг.1.

В первом варианте первым свои вентильные свойства восстанавливает тиристор 24, вследствие чего к нему прикладывается все обратное напряжение перезарядившегося коммутирующего конденсатора, В результате тиристоры 22 и 26 остаются без обратного напряжения, необходимого для восстановления вентильных свойств. Следует подчеркнуть, что в этом случае в устройстве-прототипе обрывается цепь протекания обратного тока.

В результате при включении в очередной момент коммутации тиристора 23 по цепи коммутирующих тиристоров произойдет короткое замыкание источника питания.

В предлагаемом устройстве при выключении тиристора 24 ток обратного восстановления тиристора 22 протекает по контуру 20, 22, 26, 28, 39, 21, 20. При выключении тиристора 26 ток обратного восстановления тиристора 22 протекает по контуру 20, 22, 45, 43, 28, 39, 21, 20.

Во втором варианте первым выключается тиристор 22, вследствие чего в прототипе отсутствует контур для протекания тока обратного восстановления тиристоров 26 и 24. В результате при включении в очередной момент коммутации тиристора 25 в устройстве-прототипе происходит короткое замыкание нагрузки по цепи (11, 12, 13), (17-19), 25, 24, 14-16 (11, 12, 13). В предлагаемом устройстве ток обратного восстановления тиристоров 24, 26 протекает по цепи 20, 33, 37, 26, 24, 21, 20. Затем при выключении тиристора 26, ток обратного восстановления тиристора 24 протекает по цепи 20,33,37,45, 43, 24, 21, 20. В результате при выключении тиристора 24 к нему прикладывается обратное напряжение и он восстанавливает свои вентильные свойства за время, указанное в паспортах на тиристоры.

В третьем варианте вторым свои вентильные свойства восстанавливает тиристор 24, вследствие чего тиристор 26 восстанавливается по цепи 20, 33,37,26, 28, 39,21,20.

Для ограничения коммутационных напряжений, связанных с быстрым спадом токаобратноговосстановленияхарактеристики диодов выполняются лавинными. Например, при приложении к тиристору 22 обратного напряжения, превышающего напряжение лавинообразо- вания диода 32, диод 32 включается и всплеск обратного напряжения на тиристоре ограничивается на уровне напряжения лавиыообразования диодов.

В очередной момент коммутации (момент времени ts) включается перезарядный

тиристор 23 и коммутирующий 25, а затем с выдержкой времени гускорительный тиристор 27, вследствие чего выключается тиристор 8 фазы В. Электромагнитные процессы в контуре коммутации аналогичны рассмот0 ренным ранее. При этом, если например Qrr,23 Qrr,27 и Qn-,25, то он восстанавливает свои вентильные свойства по контуру 20,21, 30, 36, 44, 40, 23, 20 и т.д.

Первоначальный заряд коммутирующе5 го конденсатора до напряжения любой полярности можно осуществить от отдельного источника зарядного напряжения или от источника питания 3 путем включения перезарядного коммутирующего и главного

0 тиристоров. Например, для заряда комден- сатора в исходную полярность, указанную на фиг.2, включают тиристоры 5, 25, 23, вследствие чего конденсатор заряжается по контуру 3, 1, 4, 5, 17, 25, 21, 20, 23, 2, 3.

5Следует отметить, что подключение параллельно тиристорам конденсаторов без цепочек диодов не позволяет решить поставленной задачи, так как конденсаторы выбираются из условия

AQrr (Qг + 3 сгагг) -(Qr-3aQ,r)

Г о

7Г

AU

где Qrr математическое ожидание заряда обратного восстановления тиристоров: OQn стандартное отклонение; Аи - максимальное напряжение до которого может зарядиться конденсатор, л могут составить несколько мкФ. При этом в процессе восстановления вентильных свойств и в процессе коммутации конденсаторы могут заряжаться в согласном направлении с тиристорами и при включении тиристоров конденсатор без ограничительного резистора может разряжаться через цепь управляющего перехода и привести тиристор к выходу из строя. Подключение параллельно тиристорам RC-цепи, в которой резистор выбирается порядка 20 Ом и обладает индуктивностью порядка 0,1

Гн 1 не позволяет ограничить всплески

коммутационных напряжений и создать контур для протекания тока обратного вос- становления. В устройстве (фиг. 1) конденсаторы подключены параллельно диодам, вследствие чего могут заряжаться в направлении, согласном с направлением включения тиристоров только до напряжения,

равного 1,5-2 В, т.е. падения напряжения на диодах. Кроме того, указанное подключение конденсаторов исключает затухающий колебательный процесс с одного знака напряжения на другой и обратно и уменьшает влияние на процесс в контуре коммутации. Таким образом, в устройстве повышается надежность за счет ограничения комму- тационныхнапряженийи

гарантированного восстановления вентильных свойств тиристоров,

Формула изобретения

1. Автономный инвертор тока по авт. св. № 1683157, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем гарантированного восстановления вентильных свойств тиристоров в процессе коммутации, дополнительно введены шесть цепочек, состоящих из двух диодов, включенных встречно-последовательно, и шесть конденсаторов, подсоединенных одним выводом к общим точкам соединения диодов каждой цепочки, свободные выводы цепочек диодов подключены параллельно к каждому из коммутирующих, перезарядных и ускорительных тиристоров, причем к коммутирующим и перезарядным тиристорам подключены цепочки диодов, имеющие общие точки соединения катодов, конденсаторы этих цепочек другими выводами подсоединены к анодам коммутирующих и перезарядных тиристоров, цепочки диодов, имеющие общие точки соединения анодов, подключены параллельно ускорительным тиристорам, а

конденсаторы этих цепочек другими выводами подсоединены к катодам ускорительных тиристоров.

2. Инвертор тока по п. 1, отличаю щи й- с я тем, что цепочки диодов, включенных

встречно-последовательно, выполнены с лавинной характеристикой.

Изобретение относится к преобразовательной уехнике и может быть использовано в тиристорных преобразователях частоты, предназначенных для питания асинхрон4 ных тяговых двигателей электропоездов постоянного и переменного тока. Цель изобретения - повышение надежности путем гарантированного восстановления вентильных свойств тиристоров в процессе коммутации. Устройство содержит главные тиристоры (Т) 5-10, перезарядные Т 22, 23 и коммутирующие Т 24, 25. Ускорительные Т 26, 27 соединены с мостом распределительных диодов 14-19. Т 22-27 зашунтированы цепочками из диодов 28-35, 40-43, соединенных с конденсаторами 36-39, 44, 45. Конденсаторы могут заряжаться в направлении, согласном с направлением включения тиристоров, до напряжения, равного падению напряжения на диодах. 3 ил. СО С

Фиг, 2

Л/гЗ