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

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в тиристорных преобразователях главного привода станков с числовым программным управлением

Известен инвертор напряжения, содержащий трехфазные главный и коммутирующий тиристорные мосты, объединенные выводами переменного тока трехфазного главного тиристорного моста к выводам трехфазной нагрузки три LC-иепи, состоящие из последовательно включенных коммутирующих реактора и конденсатора, подключенных между выводами переменного тока трехфазных главного м коммуткру- ющего тиристорных мостов, систему управления Устройство работоспособно только при номинальном напряжении на

входе (АЙН) При снижении напряжения на входе АЙН устройство не работает поскольку снижается коммутирующая способность устройств принудительной коммутации

Известен автономный инвертор, выбранный в качестве прототипа, содержащий подключенный ко входным выводам трехфазный главный тиристорныи мост, выводы переменного тока которого подключены к выходным выводам и через коммутирующие последовательные LC-цепи - к выводам переменного тока асимметричного трехфазного коммутирующего тиристорнО|0 моста к анодной группе которого подключен катод первого обратного диода и вывод первого резистора, а к катодной группе - анод второго обратного диода и вывод второго резистора, анод первого обратного диода

соединен с анодом главного тириогорного моста, а катод второго обратного диода соединен с катодами главного тиристорного моста, систему управления, состоящую из последовательно включенных импульсов управления, выполненную обеспечивающей формирование последовательности сдвинутых и нормированных по длительности импульсов управления асимметричным трехфазным главным тиристорным мостом, по задним фронтам которых обеспечивается формирование коротких импульсов управления асимметричным трехфазным коммутирующим тиристорным мостом, при этом выходы распределителя импульсов уп- равления через усилительно-развязывающие элементы соединены с управляющими сходами асимметоичных трехфазных тири- сториых мостов.

К недостаткам устройства следует отне- сти отсутствие возможности регулирования напряжения на входе АЙН, вследствие чего па низкой частоте приходится увеличивать частоту коммутации, что увеличивает потери в устройстве. Заряд коммутирующих кон- денсаторов возможен только при организации специального алгоритма под- заряда коммутирующих конденсаторов. Вследствие перечисленных недостатков существенно снижены функциональные воз- можности устройства.

Поэтому целью предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем увеличения коммутирующей способности.

Поставленная цель достигается тем, что в автономный инвертор напряжения дополнительно введены два зарядных тиристора, включенных встречно параллельно обратным диодам, при этом свободные выводы первого и второго резисторов подключены к выводам введенного дополнительного источника питания, а в распределитель импульсовсистемыуправлениядополнительно введены два трехвходовых логических элемента ИЛИ, подключенных входами к выходам распределителя, формирующим импульсы управления тиристорами соответственно анодной и катодной группы асимметричного трехфазного главного ти- ристорного моста, а выходами через введенные усилительно-развязывающие элементы к управляющим входам зарядных тиристоров, при этом в качестве зарядных тиристоров использованы тиристоры с об- ратной проводимостью или асимметричные.

Ожидаемый от использования изобретения положительный эффект заключается в том, что по сравнению с известными устройствами введение зарядных тиристоров позволяет организовать при включении главных тиристоров цепь для предварительного заряда коммутирующих конденсаторов и не требует организации алгоритма управления для предварительного заряда конденсаторов. Подсоединение выводов первого и второго резисторов к выводам дополнительного источника питания постоянного напряжения обеспечивает заряд и дозаряд коммутирующих конденсаторов до требуемой величины напряжения независимо от величины входного напряжения АЙН, вследствие чего увеличивается надежность устройства и расширяются его функциональные возможности, поскольку на низких частотах выходного напряжения допускается кроме широтно-импульснсй модуляции фазовое регулирование входного напряжения АЙН.

Выполнение зарядных тиристоров с обратной проводимостью или на основе асим- метричных тиристоров позволяет уменьшить число вентилей в автономном инверторе напряжения, а введение в распределитель импульсов управления трехвходовых логических элементов ИЛИ и подсоединение их входов к выходам распределителя, формирующего импульсы управления анодными и катодными группами трехфазного главного тиристорного моста, а выходов к управляющим входам зарядных тиристоров обеспечивает предварительный заряд конденсатора соответствующей полярности для выключения требуемого главного тиристора после окончания его инвертора проводимости.

На фиг. 1 изображена функциональная схема инвертора напряжения; на фиг. 2 - диаграмма управления, поясняющая процесс преобразования постоянного напряжения в трехфазное переменное; на фиг. 3 - структурная схема системы управления.

Инвертор напряжения (фиг.1) содержит источник питания 1, подсоединенный к входным выводам 2, 3, LC-фильтр 4. состоящий из последовательно включенных фильтровогоконденсатораитокоограничивающего реактора, трехфазные главный и коммутирующий тиристор- ные мосты 5-16 (главные тиристоры 7,8,11, 12, 15, 16, коммутирующие тиристоры 5, 6, 9, 10, 13, 14), подключенные выводами постоянного тока главного тиристорного моста ко входным выводам, резисторы 17, 18 и обратные диоды 19, 20, включенные параллельно и подключенные между выводами постоянного тока трехфазных главного и коммутирующего тиристорных мостов, три LC-цепи 21-26, состоящие из последоватзльно соединенных коммутирующих реакторов и конденсаторов и подключенные между выводами переменного тока трехфазных главного и коммутирующего тири- сторных мостов, трехфазную нагрузку 27-29, подсоединенную к выводам переменного тока трехфазного главного тиристор- ного моста, зарядные тиристоры 30, 31, подсоединенные между выводами постоянного тока трехфазных мостов главных и коммутирующих тиристоров, источник питания 32, подсоединенный к выводам постоянного трехфазного моста коммутирующих тири- сторов, систему управления 33, подсоединенную выходными выводами к управляющим входам тиристоров. Система управления 33 (см. фиг.З) состоит из регулятора частоты 34, распределителя импульсов 35. подсоединенного в каждом канале управления выходными выводами через усилительно развязывающие элементы 38 к управляющим входам коммутирующих и главных тиристоров трехфазных тиристор- ных мостов. Входы распределителя импульсов подсоединяются к выходу регулятора частоты, на вход которого подается сигнал задания выходной частоты автономного инвертора, логические элементы ИЛИ 36, 37 подсоединяются своими входами к управляющим импульсам тиристоров анодной и катодной групп трехфазного главного тири- сторного моста и выходами к управляющим входам зарядных тиристоров 30 и 31,

Инвертор напряжения работает следующим образом.

Согласно диаграмме импульсов управления (фиг.2) с соответствующей нумерацией на интервале времени to-ti включены главные тиристоры 7, 12, 15, вследствие чего ток нагрузки замыкается по цепи 1, 2, 7, 27, 28, 12, 3, 1, а также по контуру 1, 2, 15, 29, 28, 12, 3, 1. При включении тиристора 7 согласно диаграмме (фиг.2) импульсы управления одновременно подаются на тиристоры 30 и 5, вследствие чего независимо от величины напряжения источника питания 1 на входе конденсатор 22 заряжается по контуру: 32, 17,30,7,22,21,6, 18,32.

Поскольку заряд конденсатора происходит в колебательном режиме, вследствие чего он заряжается до напряжения выше, чем IJ32 и выше, чем Ui, то тиристоры б и 30 выключаются под действием разности напряжений по контуру: 22,7, 30,32, 17,32,18, 6,21,22,

В момент ti выключают тиристор 15. Для этого подают импульсы управления на коммутирующий тиристор 13. Поскольку при включении тиристора 15 конденсатор 26 был предварительно заряжен с плюсом

на правой обкладке, то тиристор 15 выключается по контуру: 26, 15, 19, 13. 25, 26. В момент выключения тиристора 15 ток нагрузки 29 переводится в коммутирующую

LC-цепь 25, 26 и замыкается по контуру 1, 2, 19, 13, 25, 26, 29, 28, 12, 3, 1, а избыточный ток перезаряда конденсатора замыкается по цепи: 26, 15, 19, 13, 25, 26, вследствие чего к тиристору 15 на время протекания

0 избыточного тока перезаряда прикладывается обратное напряжение, необходимое для восстановления вентильных свойств асимметричного тиристора,

В момент времени, когда избыточный

5 ток перезаряда становится равен току нагрузки, конденсатор 26 перезаряжается током нагрузки по контуру 1, 2, 19, 13, 25, 26,

29,28, 12. 3, 1. Вследствие спада тока нагрузки в контуре коммутации, конденсатор

0 дозаряжается. В момент времени t2 включается главный тиристор 16 и поскольку длительность импульса управления коммутирующими тиристорами превышает длительность интервала коммутации ti-T2,

5 то при включении тиристора 31 начинается форсированный дозаряд конденсатора 26 до напряжения выше, чем входное напряжение Ua и выше, чем напряжение источника 32. При этом диод 19 выключается по конту0 ру: 26, 25, 13, 19, 4, 16, 26, а ток нагрузки 29 замыкается по цепи: 29, 28, 12, 16, 29. В момент времени, когда напряжение на конденсаторе 26 достигает максимального значения, тиристор 13 выключается по цепи: 26,

5 25, 13, 17, 32, 18, 20, 16, 26. Величина резисторов 17, 18 выбирается так, чтобы разряд и дозаряд конденсаторов проводился в колебательном режиме, но при этом пульсации напряжения на конденсаторе не

0 превышали ±15-20% от величины напряжения источника питания 32.

По мере спада обратного тока, обусловленного энергией запасенной в фазе 29, ток в тиристоре 16 меняет знак и начинается

5 процесс нарастания тока в фазе 29 по контуру: 1, 2, 7, 27, 29, 16, 3,1. На этом процесс выключения тиристора 15 заканчивается. В момент времени t3 выключают тиристор 12, для чего подают сигнал управления на тири0 стор 10. При этом тиристор 12 выключается по контуру: 24, 23. 10, 20, 12, 24. Ток обратного восстановления тиристора 10 протекает по контуру; 10, 23, 24, 11, 4, 20, 10. При включении в момент времени t4 тиристора

5 11 и зарядного тиристора 30 осуществляется заряд конденсатора 24 по контуру: 32, 17,

30,11, 24, 23, 10, 18, 32. В момент времени ts выключают тиристор 7. Поскольку конденсатор 22 был предварительно заряжен npw включении тиристора 7, то при включении

тиристора 5 он выключается по контуру; 22, 7, 19,5,21,22.

В момент времени te-ti3 коммутационные электромагнитные процессы происходят аналогично,

Поскольку импульсы управления на зарядные тиристоры подаются в моменты .подачи импульсов управления на главные тиристоры, то к моменту выключения главных тиристоров конденсаторы заряжены и имеют соответствующую полярность напряжения.

Устройствоуправления автономным инвертором напряжения работает следующим образом. На вход регулятора 34 выходной частоты подается сигнал задания Uf, в результате чего он формирует последовательность нормированных м сдвинутых во времени логических сигналов управления, поступающих на вход распределителя импульсов 35. С выхода распределителя 35 через усилительно-развязывающие элементы 38 на управляющие входы тиристоров подаются импульсы управления Га, Га, Гв, Гв, Гс, Гс,Ка, Ка. Кв, Кв, Кс, Кс. При этом импульсы Kj и Kj формируются по задним фронтам импульсов управления fj и Г и функции управления зарядными тиристорами списыва- ются выражениями

РЗО ГА Гв Тс: FSI Г А Гв Гс.

По окончании процесса коммутации разряд конденсаторов LC-цепей происходит по колебательному закону, вследствие чего напряжение на коммутирующих конденсаторах снижается на 15-20% ниже, чем напряжение источника питания 32,

Формула изобретения

1. Автономный инвертор напряжения, содержащий подключенный к входным выводам асимметричный трехфазный главный тиристорный мост, выводы переменного тока которого подключены к выходным выводам и через коммутирующие последовательные LC-цепи - к выводам переменного тока асимметричного трехфазного коммутирующего тиристорного моста, к

анодной группе которого подключен катод первого обратного диода и вывод первого резистора, а к катодной группе - анод второго обратного диода и вывод второго резистора, анод первого обратного диода соединен с анодами главного тиристорного моста, а катод второго обратного диода соединен с катодами главного тиристорного моста, систему управления, состоящую из

последовательно включенных регулятора частоты и распределителя импульсов управления, выполненную обеспечивающей формирование последовательности сдвинутых и нормированных по длительности импульсов управления асимметричным трехфазным главным тиристорным мостом, по задним фронтам которых обеспечивается формирование коротких импульсов управ- чения асимметричным трехфазным коммугирующим тиристорным мостом, при этом выходы распределителя импульсов управления через усилительно-развязывающие элементы соединены с управляющими входами асимметричных трёхфазных тиристорных мостов, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства путем увеличения коммутирующей способности, в него дополнительно введены два зарядных тиристора,

включенных встречно параллельно обратным диодам, при этом свободные выводы первого и второго резисторов подключены к выводам введенного дополнительного источника питания, а в распределитель импульсовсистемыуправления

дополнительно введены два трехвходовых логических элемента ИЛИ, подключенных входами к выходам распределителя, формирующим импульсы управления тиристорами

соответственно анодной и катодной групп асимметричного трехфазного главного тиристорного моста, а выходами через введенные усилительно-развязывающие элементы к управляющим входам зарядных тиристоров.

2. Инвертор напряжения по п.1, о т л и- чающийся тем, что в качестве зарядных тиристоров использованы тиристоры с обратной проводимостью или асимметричные,

CZh

7

ЕЖЖЖйШ Ж

tyr/ZZZZZLt t

У///////////////7/7Л7Л

Использование в тирмсюрных преобразователях главного привода станков с числовым программным управлением, а также в преобразователях частоты электропоездов и электровозов переменного тока Сущность изобретения устр-во содержит подключенные через LC-фильтр 4, трехфазный главный (7, 8, 11, 12, 15, 16) и коммутирующий тиристорные мосты К резисторам 17, 18 соединенным с дополнительным источником, подключен трехфазный коммутирующий тиристорныи мост (5, 6, 9, 10, 13, 14) с тремя LC-цепями, состоящими из последовательно соединенных коммутирующих реакторов и конденсаторов 21-26 Параллельно диодам 19, 20 подключены зарядные тиристоры 30 31 Зарядные тири сторы позволяют организовать при включении главных тиристоров цепь для предварительного заряда, коммутирующих конденсаторов 1 з п ф-лы, 3 ил

11 12 15 W

Y77Z77777777 //////////7/

7/7ЪШ7/Я7/7А

,

W77//

,Ш7/7Ш

®

ZL

ю n ik

м.

У //У/7 ЯУУ////Л

t t

W77// // //////////A

J

J

SL

t

tjo,ttj tfi,tj3 Фив. 2