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

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в тиристорных при- водах переменного тока, предназначенных для питания асинхронных электродвигателей, в частности в тиристорных преобразователях частоты, предназначенных для питания тяговых асинхронных электродвигателей наземного электротранспорта.

Известен автономный инвертор тока D1 содержащий трехфазный мост главных тиристоров, выводы переменного тока которого соединены с выходными выводами, три коммутирующих конденсатора, два коммутирующих тиристора и блок управления с распределителем импульсов.

Известный автономный инвертор тока имеет значительную массу и конструктивный объем коммутирующих конденсаторов вследствие недоиспользования их по частоте вызодного напряжения, поскольку каждый конденсатор выключает только тиристоры, подсоединенные к одному выводу нагаузки. Установленная мощность конденсаторов существенно увеличивается из-за их перезаряда в процессе коммутации с одного знака напряжения на другой.

Известен автономный инвертор тока 23, содержащий подключенный к входным выводам через сглаживающие реакторы трехфазный мост главных тиристоров, выводы переменного тока которого соединены с выходными выводами, первую и вторую коммутирующие цепи, каждая из которых состоит из согласно-последовательно соединенных коммутирующих конденсатора.

VI XI Ч

ю ю о

дросселя, зарядного тиристора и коммутирующего диода, два перезарядных тиристора, первый из которых подсоединен анодом к коммутирующему конденсатору первой коммутирующей цепи, а второй катодом подсоединен к коммутирующему дроссел;о второй коммутирующей цепи, два перезарядных диоды, два разделительных диода, коммутирующий трансформатор, состоящий из двух первичных обмоток с пцследова- тельно соединенными выключающими диодами и двух ВТОРИЧНЫХ обмоток с последовательно соединенными возвратными тиристорами, фильтровой конденсатор, подсоединенный к выводам дополнительного источника питания постоянного напряжения, основной коммутирующий тиристор, подсоединенный анодом к положительному выводу фильтрового конденсатора, блок управления состоящий из последовательно включенных задатчика частоты и распределит теля импульсов управления, подсоединенного соответствующими выводами к управляющим входам главных, перезарядных, коммутирующих и возвратных тиристоров.

К недостаткам устройства следует отнести двухступенчатую коммутацию, связанную с предварительным перезарядом коммутирующих конденсаторов, и их значительную установленную мощность, связанную с перезарядом конденсаторов от пика до пика напряжения, что не позволяет использовать известное устройство в установках наземного электротранспорта с ограниченным конструктивным объемом.

Целью изобретения является улучшение технико-экономических показателей за счет снижения установленной мощности конденсаторов коммутирующих цепей.

Поставленная цель достигается тем, что в автономный инвертор тока дополнительно введен трехфазный мост распределительных тиристоров, соединенный выводами переменного тока с выводами переменного тока трехфазного моста главных тиристоров, дополнительный коммутирующий тиристор, со- единенный катодом с отрицательным выводом фильтрового конденсатора, причем катоды основного коммутирующего и первого перезарядного тиристоров и коммутирующего диода подключены к точке соединения анодов трехфаз5

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ного распределительного тиристорно- го моста, а аноды дополнительного коммутирующего и второго перезарядного тиристоров и коммутирующего диода подключены к точке соединения ка- тодов трехфазного распределительного тиристорного моста, перезарядные диоды подсоединены встречно-параллельно первому и второму перезарядным тиристорам, первичные обмотки коммутирующего трансформатора с последовательно соединенными выключающими диодами включены соответствующими выводами между цепями управления и катодами основного и дополнительного коммутирующих тиристоров, разделительные диоды соединены катодами с анодами основного и дополнительного коммутирующих тиристоров, а анодами - с катодами соответствующих выключающих диодов, положительный вывод фильтрового конденсатора подключен к катодам двух возвратных тиристоров и к выводу дросселя первой коммутирующей цепи, а отрицательный катод фильтрового конденсатора соединен с выводами вторичных обмоток коммутирующего трансформатора и с выводом конденсатора второй коммутирующей цепи, при этом в распределитель импульсов блока управления дополнительно введены шесть одновибраторов и два логических элемента ИЛИ, выходы которых через усилительно-развязывающие элементы подключены к управляющим входам распределительных тиристоров и к управляющим входам основного и дополнительного коммутирующих тиристоров, а в качестве основного и дополнительного коммутирующих тиристоров использованы выключаемые или комбинированно-выключаемые по цепи управления тиристоры.

Ожидаемый от использования изобретения положительный эффект заключается в том, что по сравнению с устройствами 1 и Ј2 пульсации напряжения на фильтровом конденсаторе составляют всего 5-10%, вследствие чего его установленная мощность может быть меньше в 40-50 раз.

На фиг.1 представлена структура силовых цепей устройства; на фиг.2 - диаграмма управления устройством.

Автономный инвертор (см.фиг.1) содержит входные выводы 1 и 2 для подключения источника питания, сглаживающие реакторы 3 и 4, через которые к входным выводам подключен выводами постоянного тока трехфазный мост главных тиристоров 5-Ю выводы переменного тока которого соединены с выходными выводами, подсоединенными к трехфазной нагрузке 11-13, трехфазный мост распределительных тиристоров 14-19, подсоединенный выводами переменного тока к выводам - переменного тока трехфазного моста главных тиристоров, первую коммутирующую цепь, состоящую из последовательно включенных коммутирующих дросселя 20, конденсатора 21 зарядного тиристора 22, вторую коммутирующую цепь, состоящую из зарядного тиристора 23 коммутирующих дросселя 2 и конденсатора 25, фильтровой конденсатор 26 с последовательно включенным реактором 27, подсоединенный своими выводами к источнику постоянного напряжения 28 и к выводам первой и второй коммутирующих цепей, осУстройство согласно диаграмме импульсов управления, представленной на фиг.2 работает следующим образом. Предположим, что в момент времени t0 фильтровой конденсатор 26 заряжен полярностью напряжения, указанной на фиг.1, а конденсаторы 21 и 25 полярностью напряжения, указанной в .JQ скобках. Согласно диаграмме импульсов управления на интервале времени 0-1 включены тиристоры 8 и 9, и ток нагрузки замыкается по цепи: 1,3,9, 13,12,8,4,2. В момент времени 1 15 выключают тиристор 9 для чего подают одновременно импульсы управления на тиристоры 29 и 30, 5,18,15. В результате включения тиристоров конденсатор 26 разряжается по цепи: 26, 20 27,29,18,9,5,15,30,26, и тиристор

9 выключается. При этом к нему прикч ладывается обратное напряжение конденсатора 25 (плюс 26 прикладывается через тиристоры 29 и 18 к катоду

новной 29 и дополнительный 30 коммути-25 тиристора 9, минус 26 прикладываетрующие тиристоры, подсоединенные к выводам фильтрового конденсатора и к выводам постоянного тока трехфазного распределительного тиристорного моста, два коммутирующих диода 31 и 32, подсоединенных между выводами фильтрового конденсатора и выводами постоянного тока трехфазного распределительного тиристорного моста, две пары встречно-параллельно включенных перезарядных тиристора и диода 33,34 и 35,36, подсоединенных к выводам зарядных распределительных тиристоров, коммутирующий трансформатор с двумя первичными 37 и 38 и двумя вторичными обмотками 39 и 40, подсоединенный выводами первичных обмоток через выключающие диоды 41 и 42 к управляющим входам основного и дополнительного коммутирующих тиристоров, а выводами вторичных обмоток - через возвратные тиристоры 43 и 44 к источнику питания постоянного напряжения (28), разделительные диоды 45 и 46, подсоединенные к выводам первичных обмоток коммутирующего трансформатора (37,38) к плюсовому выводу источника питания и катодам тиристоров трехфазного распределительного моста, блок управления 4, состоящий из задатчика частоты 48 и распределителя импульсов 49, подсоединенный к управляющим входам тиристоров устройства.

7772206

Устройство согласно диаграмме импульсов управления, представленной на фиг.2 работает следующим образом. Предположим, что в момент времени t0 фильтровой конденсатор 26 заряжен полярностью напряжения, указанной на фиг.1, а конденсаторы 21 и 25 полярностью напряжения, указанной в .JQ скобках. Согласно диаграмме импульсов управления на интервале времени 0-1 включены тиристоры 8 и 9, и ток нагрузки замыкается по цепи: 1,3,9, 13,12,8,4,2. В момент времени 1 15 выключают тиристор 9 для чего подают одновременно импульсы управления на тиристоры 29 и 30, 5,18,15. В результате включения тиристоров конденсатор 26 разряжается по цепи: 26, 20 27,29,18,9,5,15,30,26, и тиристор

9 выключается. При этом к нему прикч: ладывается обратное напряжение конденсатора 25 (плюс 26 прикладывается через тиристоры 29 и 18 к катоду

0

5

0

5

0

5

ся через тиристоры 30,15 и 5 к аноду тиристора 9), и он восстанавливает свои вентильные свойства.

При выключении тиристора 9 ток выключаемой фазы,замыкается по контуру: 1,3,5,15,30;26,27,29,18,13,12 8,4,2,1, вследствие чего конденсатор 26 разряжается. При включении тиристоров 29 и 30 конденсаторы 21 и 25 перезаряжаются по контурам: 21, 20,29,34,2t,25,24,36,30,25.

В результате колебательного перезаряда конденсаторы 21 и 25 перезаряжаются на противоположную полярность (знак напряжения указан без скобок). С выдержкой времени Ј, , равной интервалу времени восстановления вентильных свойств силовых тиристоров trt, включаются перезарядные тиристоры 33 и 35, вследствие чего тиристоры 29 и 30 выключаются по контурам:+21,33, 29,20,21; +25,30,35,24,25. При выключении тиристоров 29 и 30 избыточный ток перезаряда конденсаторов замыкается по контурам: 21,33,37,45,20 21 и 25,38,46,35,24,25. При этом в первичных обмотках коммутирующего трансформатора наводятся ЭДС, плюс которых прикладывается к катодам тиристоров 29 и 20,вследствие чего по цепи управления тиристоров 29 и 30 протекает отрицательный ток, способствующий выводу зарядов основных носителей из области управляющего

перехода и п-эмиттера, что способствует более быстрому восстановлению вентильных свойств тиристоров 29 и 30. При этом одновременно подаются импульсы управления на тиристоры 43, 44 вследствие чего во вторичных обмотках коммутирующего трансформатора наводится ЭДС,ток которой замыкается по контурам: 39,43,27,26,39; 40,44, 27,26.

Коэффициент трансформации коммутирующего трансформатора К1|4 между первичными и вторичными обмотками выбирается таким образом, что к цепи управления тиристоров 29 и 30 прикла-С дывается обратное напряжение, не превышающее допустимое обратное напряжение цепи управления для комбинированно включаемых и двухоперацион- ных тиристоров.

Обмотки коммутирующего трансформатора расположены таким образом, что сердечник трансформатора перемаг

ничивается перед каждой очередной

коммутацией. При выключении тиристоров 29 и 30 ток нагрузки выключаемой фазы замыкается по цепи: 1,3,5, 15,32,27,26,31,18,13,12,8,4,2,1, вследствие чего энергия выключаемой фазы закачивается в фильтровой конденсатор.

По мере спада тока нагрузки в выключаемой фазе нарастает ток нагрузки в фазе 11 по цепи: 1,3,5,11 12,8,4,2. По окончании процессов в . контуре коммутации одновременно включаются тиристоры 22 и 23, вследствие чего осуществляется подзаряд конденсаторов 21 и 25 по цепи: 26,27,23,24, 25,26; 26,27,20,21,22,26.

Поскольку половину полупериода протекания тока нагрузки выключаемой фазы через конденсатор 26 он разряжается, а другую половину полупери- ода дозаряжается, то независимо от тока нагрузки напряжение на фильтровом конденсаторе остается неизменным.

В момент времени 2 выключают тиристор 8 включением очередного главно го тиристора 10 распределительных тиристоров 17 и 18 и коммутирующих тиристоров 29 и 30. При этом конденсатор 26 разряжается по цепи: 26,27, 29,18,10,8,17,30,26. В результате тиристор 8 выключается и ток нагрузки выключаемой фазы 12 замыкается по цепи: 1,3,5,11,12,17,30,26,27,29,18 10,4,2,1. При этом конденсатор 26

5 0

5

30

35 40

45

50 55

разряжается и теряет часть своей энергии. Со сдвигом включаются тиристоры 33 и 30, вследствие чего тиристоры 29 и 30 выключаются, при этом ток нагрузки замыкается по цепи: 1,3,5,11,12,17,32,27.26,31,18,10,4, 2,1, В результате конденсатор заряжается током нагрузки и напряжение на его выводах возрастает, вследствие чего ток нагрузки в фазе 12 спадает, а в фазе 13 нарастает по цепи: 1,3, 5,11,13,10,4,2,1. В моменты времени 3-8 электромагнитные процессы повторяются.

j,

Напряжение на конденсаторе 26 остается постоянным, и величина его пульсаций составляет 5-10%, вследствие чего установленная мощность фильтрового конденсатора получается в несколько раз меньше, чем коммутирующего.

При подключении обмотки коммутирующего трансформатора параллельно цепи управляющего электрода комму- - тирующих тиристоров облегчаются процессы их выключения и снижаются коммутационные перенапряжения. Установленная мощность конденсаторов 21 и . 25 мала по сравнению с коммутирующими конденсаторами в устройствах 1 и 2, вследствие чего суммарная установленная мощность конденсаторов в устройстве снижается и улучшаются технико-экономические показатели.

Формула изобретения

1. Автономный инвертор тока, содержащий подключенный к входным выво-. дам через сглаживающие реакторы трехфазный мост главных тиристоров, выводы переменного тока которого соединены с выходными выводами, первую и вторую коммутирующие цепи, каждая из которых состоит из согласно последовательно соединенных коммутирующих конденсатора, дросселя, зарядного тиристора и коммутирующего диода, два перезарядных тиристора, первый из которых подсоединен анодом к коммутирующему конденсатору пероой коммутирующей цепи, а второй катодом подсоединен к коммутирующему дросселю второй коммутирующей цепи, два перезарядных диода, два разделительных диода, коммутирующий трансформатор, состоящий из двух первичных обмоток

9 17 с последовательно соединенными выключающими диодами и двух вторичных обмоток с последовательно соединенными возвратными тиристорами, фильтровой конденсатор, подсоединенный к выводам дополнительного источника питания постоянного напряжения, основной коммутирующий тиристор, подсоединенный анодом к положительному выводу фильт- рового конденсатора, блок управления, состоящий из последовательно включенных задатчика частоты и распределителя импульсов управления, подсоединенного соответствующими выводами к управляющим входам главных, перезарядных, коммутирующих и возвратных тиристоров, отличающийся, тем, что, с целью улучшения технико-экономических показателей за счет снижения установленной мощности конденсаторов коммутирующих цепей, до- . полнительно введен трехфазный мост распределительных тиристоров, соединенный выводами переменного тока с выводами переменного тока трехфазного моста главных тиристоров, дополнительный коммутирующий тиристор, соединенный катодом с отрицательным выводом фильтрового кон- денсатора, причем катоды основного коммутирующего и первого перезарядно- го тиристоров и коммутирующего диода подключены к точке соединения анодов трехфазного распределительного тирис- торного моста, а аноды дополнительного коммутирующего и второго пере- зарядного тиристоров и коммутирующее го диода подключены к точке соединения , катодов трехфазного распределительно-

О10

го тиристора моста, перезарядные ди- оды подсоединены встречно параллельно первому и второму перезарядным тиристорам, первичные обмотки коммутирующего трансформатора с последовательно соединенными выключающими диодами включены соответствующими выводами между цепями управления и катодами основного и дополнительного коммутирующих тиристоров,разделительные диоды сое- динены катодами с анодами основного и дополнительного коммутирующих тиристоров, а анодами - с катодами соответствующих выключающих диодов, положительный вывод фильтрового конденсатора подключен к катодам двух возвратных тиристоров и к выводу дросселя первой коммутирующей цепи, а отрицательный катод фильтрового конденсатора соединен с выводами вторичных обмоток коммутирующего трансформатора и с выводом конденсатора второй коммутирующей цепи, при этом в распределитель импульсов блока управления дополнительно введены шесть одновибраторов и два логических элемента ИЛИ, выходы которых через усилительно-развязывающие элементы подключены к управляющим входам распределительных тиристоров и к управляющим входам основного и дополнительного коммутирующих тиристоров

2. Инвертор поп.1,отличаю щ и и с я тем, что в качестве основного и дополнительного коммутирующих тиристоров использованы выключаемые или комбинированно выключаемые по цепи управления тиристоры.

Использование: в тиристорных приводах переменного тока. Сущность изобретения: устройство содержит трехфазные мосты главных тиристоров (Т) (5-Ю) и распределительных Т ). Коммутирующие конденсаторы