Инвертор тока с широтно-импульсной модуляцией Советский патент 1992 года по МПК H02M7/515 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в тиристорных преобразователях частоты, предназначенных для питания асинхронных тяговых двигателей (АТД) средств наземного электротранспорта, а также для питания АТД общепромышленных механизмов, например башенных кранов высотного строительства.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем улучшения формы тока в пусковых режимах.

На фиг.1 изображена принципиальная схема силовых цепей предлагаемого устройства; на фиг.2 - развертка пилообразных напряжений, поясняющих принцип действия блока управления, а также диаграмма управления, поясняющая принцип действия устройства: на фиг.З - функциональная схема системы управления устройством; на фиг.4 - диаграммы токов и напряжений, поясняющие принцип действия и электромагнитные процессы, происходящие в устройстве.

Инвертор тока с широтно-импульсной модуляцией (фиг.1) содержит выводы 1 и 2 для подключения источника питания 3, сглаживающий реактор 4. трехфазный мост главных тиристоров 5-10, подсоединенный выводами постоянного тока к выводу сглаживающего реактора 4 и к одному из выводов для подключения источника питания 3, а выводами переменного тока к выводам трехфазной нагрузки 11-13, трехфазный мост распределительных диодов 14-19, два ускорительных тиристора 20 и 21. коммутирующую LC-цепь 22 и 23, состоящую из последовательно соединенных коммутирующих реактора и конденсатора, подсоединенную одним выводом к общей точке соединения двух последовательно соединенных коммутирующих тиристоров 24 и 25, а другим выводом LC-цепь подсоединена к общей точке двух последовательно соединенных дополнительных коммутирующих тиристоров 26 и 27, дополнительные последовательно соединенные перезарядные тиристоры 28 и 29, подключенные общей точкой, соединения к одному выводу коммутирующей LC-цепи, два последовательно соединенных перезарядных тиристора 30 и 31, подсоединенные общей точкой соединения к другому выводу коммутирующей LC- цепи и блок управления 32, подсоединенный выходными выводами к управляющим входам тиристоров инвертора тока.

Трехфазный мост распределительных диодов 14-19 подсоединен выводами переменного тока к выводам переменного тока

трехфазного моста главных тиристоров 5- 10 и к трехфазной нагрузке 11-13.

Ускорительные тиристоры 20 и 21 подсоединены между выводами постоянного

тока трехфазных мостов главных тиристоров 5-10 и распределительных диодов 14- 19.

Коммутирующие тиристоры 24 и 25 и дополнительные коммутирующие тиристо0 ры 26 и 27 своими выводами подсоединены к выводам постоянного тока трехфазного моста распределительных диодов 14-19, а перезарядные тиристоры 30 и 31 и дополнительные перезарядные тиристоры 28 и 29

5 своими выводами подсоединены к выводам постоянного тока трехфазного моста главных тиристоров 5-10.

Система управления предлагаемым устройством 32 содержит двухканальный регу0 лятор частоты 33, выходы которого в каждом канале подсоединены к входам двухканаль- ного распределителя импульсов управления 34 и 35.

К выходам распределителя импульсов

5 управления 34 и 35 подсоединяются усилительно-развязывающие элементы 36-40, соединенные в свою очередь с управляющими входами тиристоров 5, 7, 9, 28. 26, одновиб- раторы 41, 42, усилительно развязывающие

0 элементы 43-49, соединенные с управляющими входами тиристоров 30, 24. 6, 8, 10, 29. 27, одновибраторы 50, 51 и усилительно- развязывающие элементы 52 и 53. соединенные с управляющими входами

5 тиристоров 31 и 25.

В состав системы управления входят логические элементы ИЛИ 54, 55, подключенные входами к выходам одновибраторов 41, 42 и 50, 51, а выходами через усилительно0 развязывающие элементы 56 и 57 - с управ- ляющими входами ускорительных тиристоров 20 и 21.

Устройство работает следующим образом.

5Предположим, что на интервале 0-1

включены тиристоры 8 и 9, вследствие чего ток нагрузки замыкается по цепи: 1,4,9, 13. 12, 8, 2, 3 и 1. Согласно трапецеидальному закону управления формирования кривой

0 выходного тока (фиг.2а) в момент времени 1 на управляющие входы тиристоров 5, 26 и 28 подаются импульсы управления. При этом конденсатор 23 имеет полярность напряжения, указанную на фиг.1, и начинает

5 перезаряжаться по контуру 23, 26, 16, 9, 28, 22 и 23. В результате перезаряда конденсатора 26 ток в тиристоре 9 спадает до нуля, а в тиристоре 28 по цепиЗ, 1, 4, 28,22, 23, 26. 16, 13, 12, 8, 2 и 3 нарастает до тока в реакторе 4 перезаряжая конденсатор 23 током нагрузки (фиг 4, кривые Is Ig. I23. U23) Со сдвигом равным интервалу времени восстановления вентильных свойств тиристора 9 в момент времени 2 включается ускорительный тиристор 20, вследствие чего конденсатор 23 перезаряжается на противоположную полярность в колебательном режиме и в момент времени, когда напряжение на нем становится равно исходному напряжению источника 3, ток нагрузки из цепи конденсатора 23 переводится через тиристор 5 в цепь нагрузки: 3, 1.4,5. 11. 12,8. 2 иЗ

В результате конденсатор 23 перезаряжается на противоположную полярность и процессы в контуре коммутации заканчиваются. В момент времени 3 подаются импульсы управления на тиристоры 30 и 24 и повторно на тиристор анодной группы 5. При этом конденсатор 23 перезаряжается по контуру 23, 22. 24, 14. 5. 30 и 23 и тиристор 5 выключается, в результате чего ток нагрузки выключаемой фазы 11 переводится в контур коммутации 3 1 4, 30, 23. 22, 24.14, 11. 12, 8, 2 и 3. Конденсатор перезаряжается током нагрузки и со сдвигом во времени, равным т . включается ускорительный тиристор 20, вследствие чего перезаряд конденсатора осуществляется в колебательном режиме по контуру 23, 22. 24, 30. 20 и 23. Затем конденсатор дозаря- жается спадающим током нагрузки, который из цепи тиристоре 5 переводится в цепь тиристора 9 и замыкается по контуру: 3. 1, 4, 9, 13, 12, 8, 2 и 3. На интервалах времени 5-11 процессы коммутации повторяются аналогично. В момент времени 11 выключают тиристор катодной группы 8 в результате чего подают импульсы управления на тиристоры 27, 29 и 10.

При этом конденсатор 23 начинает перезаряжаться по контуру 23, 22, 29, 8, 18, 27 и 23. Ток в тиристоре 8 спадает до нуля и конденсатор 23 перезаряжается током нагрузки по контуру: 3, 1.4,5. 11, 12, 18. 27. 23,

22,29, 2 и 3. С выдержкой времени, равной т , включается ускорительный тиристор 21 и конденсатор 23 ускоренно перезаряжается на противоположную полярность по контуру

23,31, 21, 25, 22 и 23. Затем по окончании перезаряда конденсатора ток нагрузки переводится в цепь тиристора 10 и замыкается по контуру: 3, 1, 4. 5. 11. 13, 10, 2 и 3.

В момент времени 12 повторно выключается тиристор 10. Для его выключения импульсы управления подают на тиристоры 8, 25 и 31. В результате конденсатор 23 перезаряжается по контуру. 23. 31. 10, 19, 25, 22 и 23. Ток в тиристоре 10 спадает до нуля, а

ток нагрузки выключаемой фазы замыкается в контуре 3. 1. 4, 5, 11. 13 19, 25. 22, 23, 31, 2 и 3 Конденсатор 23 перезаряжается током нагрузки и со сдвигом io гьемени,

равным г , включается тиристор 21. в результате чего конденсатор 23 перезаряжается по контуру: 23. 31, 21. 25, 22 и 23. В момент окончания перезаряда конденсатора включается тиристор 8 и ток нагрузки

замыкается по контуру: 3, 1, 4, 5, 11. 12, 8, 2 и 3. Далее электромагнитные процессы в устройстве повторяются аналогично

Устройство управления предла аемым инвертором тока согласно фиг.2а и 3 рабо

тает следующим образом На вход 33 поступает сигнал Uf задания выходной частоты преобразователя. В регуляторе частоты согласно фиг.2, а путем сравнения пилообразных напряжений этот сигнал преобразуется

в последовательность импульсов управления, поступающих в каждом канале на распределитель импульсов 34 и 35

С выхода распределителя через усилительно-развязывающие элементы 36-38

сигналы управления поступают на управляющие входы главных тиристоров 5, 7 и 9. По задним фронтам этих сигналов в 34 и 35 формируются импульсы, поступающие на входы усилительно развязывающих элементов 39, 40 и 43, 44, а также одновибраторов 41 и 42. С выхода 40, 39 и 43, 44 импульсы управления поступают на управляющие входы коммутирующих и перезарядных тиристоров 26, 28. 30 и 24, выключающих тиристоры анодной группы трехфазного главного тиристорного моста С выходов одновибраторов 41 и 42 импульсы управления с выдержкой г по отношению к задним фронтам импульсов управления главными

тиристорами поступают на вход элемента ИЛИ и затем через усилительно развязывающий элемент 56 на включение ускорительного тиристора 20.

Второй канал распределителя импульсов работает аналогично, выдавая импульсы управления на тиристоры катодной группы трехфазного главного тиристорного моста на коммутирующие и перезарядные тиристоры 27, 29, 31 и 25 и на ускорительный

тиристор 21.

Таким образом, в предлагаемом устройстве используются обе полярности коммутирующего конденсатора, вследствие чего коммутация тиристоров автономного инвертора тока может осуществляться в любой последовательности, а это позволяет организовать алгоритмы с ШИМ и существенно расширить диапазон использования предлагаемого устройства.

Формула изобретения Инвертор тока с широтно-импульсной модуляцией, содержащий трехфазные мосты главных тиристоров и распределительных диодов, объединенные между собой выводами переменного тока, подключенными к выходным выводам, а выводами постоянного тока трехфазный мост главных тиристоров подсоединен через сглаживающий реактор к выводам для подключения ис- точника питания, два последовательно соединенных перезарядных тиристора, подсоединенных одними анодом и катодом соответственно к анодам и катодам трехфазного моста главных тиристоров, два последова- тельно соединенных коммутирующих тиристора, подсоединенных одним катодом и анодом соответственно к анодам и катодам трехфазного моста распределительных диодов, коммутирующую LC-цепь, состоящую из последовательно соединенных конденсатора и реактора, подсоединенную к общим точкам последовательно соединенных коммутирующих и перезарядных тиристоров, два ускорительных тиристора, вклю- ченных между выводами постоянного тока трехфазных мостов главных тиристоров и распределительных диодов и соединенных одноименными выводами с последними, блок управления, состоящий из последова- тельно соединенных двухканального регулятора частоты, выполненного формирующим в зависимости от задания последовательности сдвинутых во времени в каждом канале логических сигналов уп- равления, двухканального распределителя импульсов управления, в каждом канале управления подсоединенного через усилительно развязывающие элементы к соответствующим управляющим входам трехфазного моста главных, перезарядных и коммутирующих тиристоров и непосредственно - к входу одного из двух одновибраторов, выполненных формирующими задержку г ,где г - интервал времени,необходимый для восстановления вентильных свойств трехфазного моста главных тиристоров, отличающийся;4 тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем улучшения формы тока в пусковых режимах, в него дополнительно введены два дополнительных последовательно соединенных перезарядных тиристора, подсоединенных одними анодом и катодом соответственно к анодам и катодам трехфазного моста главных тиристоров и общей точкой соединения к одному выводу коммутирующей LC-цепи и к общей точке соединения коммутирующих тиристоров, два дополнительных последовательно соединенных коммутирующих тиристора, подсоединенных общей точкой соединения к другому выводу коммутирующей LC-цепи и анодом и катодом соответственно к катодам и анодам трехфазного моста распределительных диодов, а в блок управления дополнительно введены два дополнительных одновибратора, выполненных формирующими задержку г , подсоединенных входными выводами в каждом канале к соответствующим выходам двухканального распределителя импульсов управления, два логических элемента ИЛИ, подсоединенных в каждом канале управления входами к выходам основного и дополнительного одно- вибраторов и выходами через усилительно развязывающие элементы и управляющим входам ускорительных тиристоров, причем управляющие входы дополнительных перезарядных и коммутирующих тиристоров подсоединены через введенные усилительно развязывающие элементы в каждом канале управления к соответствующим выходам двухканального распределения импульсов управления.

о 012 $г w ft гг н

441, -44-Ж f

Ч-

II II1

g 1 т1

111Mttоосо ю г) сз

,

. a$f

0761 // // /

Mi

i i

и-

„

// //yf/ /

-4I ll|| I I I

liry-nk г

jife.i

7уА(/ /}1 Л ), //

i i

/ /,

ot s si 3 s ъе

J 11

i

/г

/Ј

/г

/г г

К 0Ј

-02 31

o

i44

i H

J-i

h

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для питания асинхронных тягоиых двигателей. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем улучшения формы тока в пусковых режимах. Инвертор содержит трехфазные мосты главных тиристоров 5-10 и распределительных диодов 14-19, объединенные выводами переменного тока. Коммутирующая LC-цепь 20, 21 подсоединена к общим точкам соединения четырех цепочек, состоящих из согласно-последовательно включенных коммутирующих 24, 25, перезарядных 30, 31, дополнительных перезарядных 28, 29 и дополнительных коммутирующих 26, 27 тиристоров. Ускорительные тиристоры 20 и 2 1 подсоединены между выводами постоянного тока диодного и тиристоров мостов. Блок 32 управления подключен к управляющим входам тиристоров. В устройстве используются обе полярности коммутирующего конденсатора для поочередной коммутации тиристоров анодной или катодной групп 4 ил. (Л t

,i -

I II

h-

, r Kti /

л . J J

irtt

;uj ;Ц

i i1

////// ,:

tv

11 i

i; i

ш ///// //л

I дг7 i I , i

{

I

7s

ii

Фиг.З

-.i

Xj

XT

oS

I

- 4