Самоуправляемый автономный инвертор напряжения Советский патент 1992 года по МПК H02M7/521 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к силовым вентильным преобразователям.

Широко известны автономные инверторы напряжения, управляемые вентили которых отпираются импульсами тока, формируемыми блоком управления с частотой, в 2 раза меньшей частоты собственных колебаний контура коммуникации 1-3J.

Недостатком таких инверторов является зависимость напряжения на

выходе от нагрузки, обусловленная уменьшением длительности импульса на выходе инвертора, а в случае его работы на управляемый выпрямитель с 1C-фильтром - уменьшение нагрузочной способности за счет уменьшения амплитуды импульса тока контура коммутации с увеличением паузы проводимости вентилей инвертора. Это, в свою очередь, обуславливает увеличение установленной мощности контура коммутации, потерь электроэнергии в

ч1

4 N3 ГО

режиме холостого хода и снижение КПД.

Проявление указанных недостатков сокращено в автономном инверторе А содержащем вентильный мост, каждое плечо которого состоит из тиристора и диода, соединенных встречно-параллельно, коммутирующую LC-цепь, демпфирующую RC-цепочку и выходной трансформатор, выполненный с дополнительной обмоткой, подключенные к диагонали переменного тока, конденсатор фильтра, подключенный к диагонали постоянного тока, блок управления, включающий первый и второй формирователи импульсов с трансформаторами управления, кроме этого он содержит конденсатор, зашунтированный двумя встречно-параллельно включенными цепочками, содержащими каждая последовательно соединенные динистор, диод и первичную обмотку импульсного трансформатора, вторичные обмотки которого подключены к управляющим выводам диагональных тиристоров инвертора, подключенный к дополнительной обмотке указанного выходного трансформатора через резистор. Благодаря этому обеспечивается формирование импульсов тока с заданной задержкой по отношению к моменту окончания импульсов напряжения на выходе инвер- т ра. В результате этого ограничивается зависимость напряжения на выходе от нагрузки. Однако наличие задержки формирования импульсов тока задающим генератором сохраняет зависимость напряжения на выходе инвертора от нагрузки и обуславливает уве личение установленной мощности контура коммутации и потерь энергии в режиме холостого хода.

Кроме этого величина задержки импульсов тока зависит от напряжения питания, что обуславливает дополнительное уменьшение эффективного значения выходного напряжения.

Целью изобретения является уменьшение установленной мощности и повышение КПД инвертора.

С указанной целью самоуправляемый автономный инвертор напряжения, содержащий вентильный мост, каждое плечо которого состоит из тиристора и диода, соединенных встречно-параллельно, подключенные к диагонали переменного тока моста коммутирующая LC-цепь, демпфирующая RC-цепоч

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ka и первичная обмотка выходного трансформатора, выполненного с дополнительной обмоткой, а к диагонали постоянного тока подключен конденсатор фильтра, и блок управления, состоящий из первого и второго формирователей импульсов тока с трансформаторами управления, дополнительно снабжен блоком гальванической развязки, выпрямителем и зарядным блоком, а каждый из формирователей импульсов снабжен тиристором, накопительным конденсатором и ограничительным реактором, соединенными последовательно с первичными обмотками трансформаторов управления, вторичные обмотки которых подключены к управляющим выводам диагональных тиристоров инвертора, при этом управляющие вывод1 тиристоров формирователей импульсов через выпрямитель соединены с выходными выводами блока гальванической развязки, включенного в RC-цепочку. а зарядный блок выполнен на диодах по мостовой схеме, при этом аноды диодов анодной группы соединены с катодами тиристоров формирователей импульсов и общей точкой соединения накопительных конденсаторов, а дый из диодов катодной группы через ограничительный резистор подсоединен к соответствующему ограничительному реактору, выводами переменного тока зарядный блок соединен с дополнительной обмоткой выходного трансформато- . ра.

На фиг.1 приведена принципиальная схема предлагаемого автономного инвертора, а на фиг.2 и 3 - диаграммы, иллюстрирующие его работу.

Самоуправляемый автономный инвертор напряжения содержит вентильный мост, каждое плечо которого состоит из тиристоров 1-А, диодов 5-8, конденсатор 9 и реактор 10, образующие коммутирующую LC-цепь, конденсатор 11 и резистор 12 демпфирующей RC-це- почки и выходной трансформатор 13, подключенные на выходе переменного тока моста. На входе моста подклю-- чены конденсатор фильтра И и реактор 15. В состав блока управления входят первый и второй формирователи импульсов, каждый из которых содержит соответственно тиристоры 16 и 17, накопительные конденсаторы 18 и 19 и ограничительные реакторы 20 и 21 , соединенные последовательно с первичными обмотками трансформаторов управления 38-41.Управляющие переходы тиристоров 16 и 17 зашунтиро- ваны резисторами 22 и 23 и через резисторы 2k и 25 и выпрямитель 26 соединены с выходными выводами блока гальванической развязки (трансформатора тока) 27, первичная обмотка которого включена последовательно в цепь демпфирующей RC-цепочки 11 и 12.

Зарядный блок выполнен на диодах 28-31 по мостовой схеме, катоды катодной группы которого через ограничительные резисторы 32 и 33 подсоединены соответственно к ограничительным реакторам 20 и 21. Выводы переменного тока зарялного блока соединены с выводами дополнительной обмотки выход

ного трансформатора 13.

Управляющие выводы тиристоров 1,2 и 3,4 зашунтированы диодами 34-37 и через трансформаторы управления 38- 41 подключены соответственно каждой - диагональной пары последовательно в цепь накопительного конденсатора и ограничительного реактора 18,20 и 19,21.

Кроме этого, в предлагаемом само- управляемом автономном инверторе предусмотрено устройство пуска, содержащее тумблер 42, резисторы 43-45, конденсатор 46 и диод 47.

В исходном состоянии тиристоры 1- 4 и 16,17 находятся в запертом состоянии, конденсаторы 9,11 и 19 разряжены, конденсатор 14 заряжен до напряжения источника питания, а конденсаторы 18 и 46 - до напряжения стабилизации стабилитрона 48, подклю- ченного к источнику питания через резистор 49.

Перевод тумблера 42 в положение Пуск обуславливает замыкание цепи разряда конденсатора 46 через резистор 45, диод 47 и резисторы 22-25. При этом формируется импульс тока in (см.фиг.2), который через резисторы 24 и 25 поступает в цепи управляющих переходов тиристоров 16 и 17. Поскольку в исходном состоянии накопительный конденсатор 10 разряжен, а конденсатор 18 заряжен до положительного напряжения стабилизации стабилитрона 48, то происходит отпирание тиристора 16. При этом накопитель ный конденсатор 18 разряжается через ограничительный реактор 20 и первичные обмотки трансформаторов управле

а

10

ния 38 и 39. В результате этого формируется импульс тока и в цепи управляющих выводов тиристоров 1 и 2 протекает короткий импульс тока i, (см.фиг.3), обеспечивающий их отпирание. При этом накопительный конден-, сатор 18 перезаряжается до напряжения u V( отрицательной полярности. В результате этого коммутирующая LC-цепь, включающая конденсатор 9 и реактор 10, демпфирующая RC-це- почка 11 и 12 и первичная обмотка выходного трансформатора 13 подклю- 15 чаются к конденсатору фильтра 14. Поскольку емкость конденсатора 14 на порядок больше емкости конденсатора 9, то напряжение на обмотках выходного трансформатора 13 имеет форму, близкую к прямоугольной. При положительной полярности напряжения

20

и на выводе дополнительной обмот0

5

п

ки выходного трансформатора 13, обозначенном . , происходит заряд 5 накопительного конденсатора 19 по контуру, образованному указанной обмоткой, диодом 30, резистором 33, oi- раничительным реактором 21, накопительным конденсатором 19 и диодом 31, и напряжение.UV2 на тиристоре 17 постепенно увеличивается. В этом интервале благодаря большой величине сопротивления резисторов 43 и 44 напряженней на тиристоре 16 и накопительном конденсаторе 18 сохраняет отрицательную полярность.

При параметрах коммутирующей LC-цепи, обеспечивающих характеристическое сопротивление, меньшее сопротивления нагрузки,ток через вентили инвертора iv (см.фиг.3) сначала протекает через тиристоры 1 и 2, а затем в момент t2 переходит в цепь встречных диодов 5 и 6.

с тервале проводимости тока iy

0

5

В ин- встречными диодами происходит восстановление запирающей способности тиристоров 1 и 2.

В момент времени t ток ivl через встречные диоды 5 и 6 становится равным 0. Однако они остаются включенными благодаря наличию остаточных носителей и ток в их цепи начинает протекать в обратном направлении. Обычно для силовых диодов типа ДЛ161, Д1б1 время обратного восстановления taafc,Rrt имеет значение

воь оиу

6-7 мкс. При скорости изменения тока через вентили, равной 10 А/мкс,

максимальное значение обратного тока через встречные диоды достигает 60-70 А. В момент времени t4 происходит выключение диодов 5 и 6, переход обратного тока диодов в цепь демпфирующей RC-цепочки 11 и 12 и быстрое восстановление напряжения Ну и спад напряжения на выходе инвертора.

Импульс тока ia через демпфирующую RC-цепочку, протекая через входную цепь блока гальванической развязки (трансформатора тока) 27, создает импульс тока (см.фиг.2) че- рез управляющие выводы -тиристоров 16 и 17 и обеспечивает отпирание тиристора 17 благодаря наличию положительного напряжения на накопительном конденсатоое 19. В результате это- го формируется короткий импульс тока 12, который, протекая через ограничительный реактор 21 и первичные обмотки трансформаторов тока 41 и 40 и тиристор 17, обеспечивает перезаоя накопительного конденчатора 19 до напряжения отрицательной полярности и наводит короткий импульс 1и2 (см. фиг.З) в цепи управляющих переходов тиристоров 3 и k вентильного моста. При отпирании тиристоров 3 и k происходит резкое уменьшение напряжения 1Кг , изменение порярности импульса н- пряжения U1 на выходе инвертора и обмотках выходного трансформатора 13 При этом токи нагрузки и коммутирующей LC-цепи протекают в обратном направлении. С этого момента импульс напряжения положительной полярности будет иметь место на аноде диода 28, который обеспечит заряд накопительного конденсатора 18 по контуру, содержащему дополнительную обмотку выходного трансформатора 13, диод 28 ограничительный резистор 32, ограни чительный реактор 20, накопительный, конденсатор 18 и диод 29. В этом интервале времени напряжение Uy2 на тиристоре 17 и накопительном конденсторе 19 сохраняет отрицательную по- лярность, что обеспечивает запертое состояние тиристора 17 и исключает появление импульсов тока в цепи управляющих выводов тиристоров 3 и 4 вентильного моста при появлении импульсов тока 10 в цепь управляющих выводов тиристоров 16 и 17.

При отпирании тиристоров 3, ток i-vi протекает по контуру, содержаще

5 Q

5

му конденсатор 14, реактор 15, тиристор 3, параллельно соединенные ком- мутирующую LC-цепь и первичную обмотку выходного трансформатора 13, и тиристор 4. В момент времени гг ток 1у2 переходит в цепь встречных диодов 7 и 8. В момент времени tg ток . изменяет свое направление на обратное и продолжает протекать через диоды 7 и 8.

В момент времени t7 происходит выключение диодов 7 и 8 и обратный ток iY2 переходит в цепь демпфирующей RC-цепочки 11 и 12 и первичной обмотки трансформатора тока 27. В результате этого снова создается импульс тока 10 в цепи управляющих выводов тиристоров 16 и 17. При этом обеспечиваются условия, достаточные для отпирания тиристора 16 и формирования импульса i( и тока управления в цепи управляющих выводов тиристоров 1 и 2 вентильного .моста. При отпирании указанных тиристоров электромагнитные процессы в силовой части инвертора и формирователях импульсов протекают аналогично ранее описанным.

Таким образом, предлагаемый самоуправляемый инвертор напряжения обеспечивает преобразование постоянного напряжения в переменное прямо-- угольной формы без паузы, что обеспечивает снижение установленной мощности оборудования и увеличение КПД.

Формула изобретения

Самоуправляемый автономный инвертор напряжения, содержащий вентильный мост, каждое плечо которого состоит из встречно параллельно соединенных тиристора и диода, подключенные к диагонали переменного тока моста коммутирующая LC-цепь, первичная обмотка выходного трансформатора, выполненного с дополнительной обмоткой, и демпфирующая RC-цепочка, а к диагонали постоянного тока подключен конденсатор фильтра, блок управления, состоящий из первого и второго формирователей импульсов с трансформаторами управления, отличающийся тем, что, с целью уменьшения установленной мощности и повышения КПД, он дополнительно снабжен блоком гальванической развязки, выпрямителем и зарядным блоком, а каждый из формирователей импульсов снабжен тиристором, накопительным конденсатором и ограничительным реактором, соединенными последовательно с первичными обмотками трансформаторов управления, вторичные обмотки подключены к управляющим выводам диагональных тиристоров инвертора, при этом

почку,а зарядный блок выполнен на диодах по мостовой схеме, при этом аноды диодов анодной группы соединены с катодами тиристоров формирователей 5

импульсов и общей точкой соединения, накопительных конденсаторов, а каждый из диодов катодной группы через ограничительный резистор подсоединен

НЫХ ТИРИСТОРОВ ипосу Р - - wi .-,., п.цзллауправляющие выводы тиристоров формиро-10 к соответствующему вателей через выпрямитель соединены ми переменного тока зарядный блок с выходными выводами блока гальвани- соединен с дополнительной обмоткой ческой развязки, включенного в RC-це- выходного трансформатора.

7221

10

почку,а зарядный блок выполнен на диодах по мостовой схеме, при этом аноды диодов анодной группы соединены с катодами тиристоров формирователей 5

импульсов и общей точкой соединения, накопительных конденсаторов, а каждый из диодов катодной группы через ограничительный резистор подсоединен

Использование: системы электропитания. Сущность изобретения: устройство содержит вентильный мост на ти- ристорах 1-J и диодах 5-8, подключенные к диагонали переменного тока конденсатор 9 и реактор 10, образующие коммутирующую LC-цепь. Конденсатор 11 и резистор 12, образующие демпфирующую RC-цепь, и выходной трансформатор 13 включены также в диагональ переменного тока моста. На входе моста подключены конденсатор фильтра и реактор 15. В состав блока управления входят формирователи импульсов, связанные через транс- форматоры тока с силовой частью инвертора. Устройство обеспечивает преобразование постоянного напряжения в переменное прямоугольной формы без паузы, что обеспечивает увеличение КПД и снижение установленной мощности оборудования. 3 ил. Ј

21 W

ь

Фиг. I

Jt.

Jt