Автономный инвертор напряжения с принудительной коммутацией Советский патент 1993 года по МПК H02M7/515 

««

fe

Использование: в тиристорных приводах переменного тока, в частности, для наземного электротранспорта. Сущность изобретения: устр-во содержит комбинированно-выключаемые и однооперационные тиристорыЗ-14, выключающие диоды 15-20 и распределительные тиристоры 21-26. Узел принудительной коммутации включает в себя тиристорный мост 32-35, соединенный с зарядными тиристорами 48-51 и через диоды 37, 38 с КОММУТИРУЮЩИМИ. тиристорамич39,42. Первичные обмотки 52,53 коммутирующего тр-ра соединены LC-цепя- ми. заоядными тиристорами 50.51 и разрядными диодами 54,55. Вторичная обмотка 60, тр-ра включена в диагональ моста возвратных диодов 56-59. Устр-во м.б. использовано не только для выключения комбинированно-выключаемых тиристоров, но и для выключения двухоперационных ти-, ристоров, 3 ил.

00

00

о VJ

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в мощных тиристорных приводах переменного тока, в частности для преобразователей частоты наземного электротранспорта.

Предлагаемое изобретение поясняется нижеследующими фигурами. На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 - диаграммы напряжений и импульсов управления, поясняющие процесс преобразования электрической энергии, на фиг. 3 - диаграммы напряжений и токов, поясняющие электромагнитные процессы в устройстве.

Устройство, представленное на фиг. 1, содержит регулируемый источник питания постоянного напряжения 1, к шинам которого подсоединяются силовые вентили автономного инвертора 2, состоящего из двух трехфазных главных комбинированно-выключаемых и обратных однооперационных тиристорных мостов 3-14, соединенных встречно-параллельно и подсоединенных выводами постоянного тока к источнику постоянного напряжения 1 (индексами 3, 4, 7, 8, 11, 12 обозначены комбинированно-выключаемые тиристоры главного трехфазного тиристорного моста; индексами 5,6,9,10, 13. 14 - однооперационные тиристоры обратного трехфазного моста), шести выключающих диодов 15-20, подсоединенных анодами к выводам управления и катодами к анодам тиристоров 3, 4, 7, 8, 11, 12, из трехфазного моста распределительных тиристоров 21-26, соединенного выводами переменного тока с выводами переменного тока трехфазных главных и обратных тиристорных мостов и выводами трехфазной нагрузки 27-29, двух тиристоров связи 30 и 31, подсоединенных к тинам регулируемого источника питания постоянного напряжения. В состав автономного инвертора также входит узел принудительной коммутации, состоящий из дополнительного источника питания выполненного в виде однофазного тиристорного моста 32-35 с фильтровым конденсатором 36, встречно-включенные к выводам 36 диоды 37, 38, две пары согласно-последовательно включенных коммутирующих тиристоров 39, 40 и 41, 42 подсоединенных общими точками соединения анодов и катодов соответственно к анодам и катодам встречно включенных диодов 37,38, две коммутирующие LC-цепи 43,44 и 45, 46 последовательно включенные через разделительный диод 47 и подсоединенные к выводам пар коммутирующих тиристоров 39, 40 и 41 и 42, две пары соединенных анодами и катодами зарядных тиристоров 48, 49 и 50, 51 и подсоединенных к выводам

дополнительного источника питания 32, 35, 36 и к выводам коммутирующих LC-цёпей 43,44 и 45 и 46, коммутирующего трансформатора, подсоединенного выводами двух

первичных обмоток 52 и 53 к выводам разделительного диода 47 и к выводам переменноготока трехфазного распределительного тиристорного моста 22-26, двух разрядных диодов 54 и 55, под0 соединенных одними выводами к выводам первичных обмоток коммутирующего трансформатора и другими выводами к выводам тиристоров связи 30 и 31 и к общим точкам соединения анодов и катодов коммутирую5 щихтиристоров 39,41 и 40,42, однофазного моста возвратных диодов 56-59, в диагональ которого включена вторичная обмотка коммутирующего трансформатора 60, и подсоединенного выводами постоянного тока к

0 выводам коммутирующих тиристоров 39- 42.

Устройство содержит также блок управления 61, подсоединенный к управляющим входам тиристоров автономного инвертора

5 и узла принудительной коммутации.

Предлагаемое устройство согласно фиг. 2 и 3 работает следующим образом. Предположим, что на интервале времени 0-t0 включены главные тиристоры 3,8,11, вследствие

0 чего ток нагрузки замыкается по цепи: 1,3, 27, 28, 8, 1, 1, 11, 29, 28, 8, 1. В момент времени to согласно диаграмме фиг. 2 выключают тиристор 11. Для этого на тиристоры 39, 26, 31 подают импульсы управления.

5 Предположим, что конденсаторы 43, 45- предварительно заряжены напряжением, полярность которого указана на фиг. 1, вследствие чего в результате включения тиристоров 26, 31 конденсатор 43 перезаря0 жается по контуру: +43,44,47,26,11, 31.39, -43. В результате колебательного перезаряда конденсатора 43 ток в тиристоре 11 спадает до нуля (см. фиг. 3, а, кривая 12б). В момент ti, когда ток в тиристоре 26 достига5 ет нуля, часть тока колебательного перезаряда конденсатора 43 замыкается по контуру:+43, 44, 47. 52, 54, 39, -43, а часть тока протекает через выключаемый тиристор. В момент времени ta ток IR достигает

0 максимального значения IR, вследствие чего тиристор 26 восстанавливается свои вентильные свойства и к нему прикладывается обратное напряжение UR, создаваемое действием обмотки коммутирующего трансфор5 матора: плюс U52 прикладывается через распределительный тиристор 26 к катоду ти- рйстора 11, минус Usa - через разрядный диод 54 и тиристор связи 31 к аноду 11. В результате на интервале времени 1а-1зток IR начинает спадать (см. кривую IR, фиг. 3, А), и

в это время под действием напряжения обмотки коммутирующего трансформатора по цепи управляющего напряжения тиристора протекает ток IR (см. фиг. 3, б): +52,26, катод Исправляющий переход 11,20.31,54, -52. Под действием тока IRG осуществляется активный вывод избыточных носителей заряда из базовых областей КВТ, что резко повышает допустимую скорость нарастания прямого анодного напряжения dllo/dt и снижает время выключения tqGAnpn запирании тиристора комбинированным способом по сравнению с временем выключения tqA того же прибора при его запирании только по анодной цепи (т.е; при ). Величина напряжения или коэффициент трансформации «2,1 между вторичной обмоткой 60 и первичной 52 выбирается таким образом, чтобы обеспечить требуемый ток IRG (например для тиристора ТБК171 он равен 5-10 А) и допустимое обратное напряжение URGM (обратное импульсное напряжение управления). Далее процессы коммутации продолжаютсяв следующей последовательности. На интервале времени включается коммутирующий тири- стор41 второго LC-контура, вследствие чего под воздействием суммы напряжений LC- цепей 43, 44 и 45, 46 тиристор первой LC- цепи 39 выключается по контуру: 43, 39, 41, 45, 46, 47, 44, 43, а ток избыточного перезаряда конденсатора 45 замыкается по цепи: 45,46, 52, 54, 41, 45. В результате на интервале времени к выключаемому тири- стору прикладывается обратное напряжение UR равное Us2 и по цепи управления протекает ток IRG. В момент времени М, когда избыточный ток перезаряда конденсатора (к (см. фиг. 3, в) становится равным току IT разрядный диод 54 закрывается, вследствие чего снимается обратное напряжение UR и прекращается обратный ток IRG.

При этом ток нагрузки выключаемой фазы 29 переводится в контур коммутации и замыкается по цепи: 1, 31,41,45,46,26, 29, 28, 8, 1. В момент i времени t4 подается импульс управления на обратный тиристор 13, вследствие чего на интервале времени t4 t5TOK нагрузки переводится в цепь обратного тиристора 13 и замыкается по контуру: 29, 28, 8, 13, 29. На интервале ток в контуре коммутации спадает до нуля, и конденсатор заряжается до напряжения пре- вышающего напряжения источника питания УПК.

На интервале времени t4-ts согласно диаграмме управления подаются импульсы управления на зарядные тиристоры 48, 51, вследствие чего конденсатор первой LC-цепи 43, 44 дозаряжается по контуру: 36, 48, 43,44,51,36.

В момент времени te начинается процесс выключения тиристора 8, для выключе- 5 ния которого включаются тиристор 23, тиристор 30 и тиристор 42. При этом избыточный ток перезаряда конденсатора замыкается по контуру: 45, 42, 55, 53. 47, 46, 45. Под действием напряжения 53 обмотки ком- 0 мутирующего трансформатора по цепи управления тиристора 8 протекает ток управления по контуру: +53, 55, 30, катод тиристора 12, управляющий переход 8, 18, 23, -53. Далее процессы коммутации повто- 5 ряются аналогично.

Предлагаемое устройство может быть использовано не только для выключения КВТтиристоров, но и для выключения двух- операционных тиристоров, где требуется 0 создание тока IRG величиной несколько десятков ампер и крутизной (dlRG/dt) несколько десятков ампер в мкс. Объясняется это тем, что первичная обмотка коммутирующего трансформатора имеет как правило 1-2 5 витка провода, вследствие чего индуктивность ее не превышает 0,5-1 мкГн. что позволяет обеспечивать крутизну . перерастания тока 20-30 А/мкс.

Таким образом, в предлагаемом устрой- 0 стве без введения дополнительных формирователей импульсов управления допускается использование КВТ и двухопе- рационных тиристоров, что позволяет существенно улучшить технико-экономические 5 показатели.

Формула изобретения 1. Автономный инвертор напряжения с принудительной коммутацией, содержащий три трехфазных моста главных, обратных и 0 распределительных тиристоров, подключенных выводами переменного тока к выходным выводам, а выводами постоянного тока мостов главных и обратных тиристоров - к выводам регулируемого источника пита- 5 ния постоянного напряжения, узел принудительной коммутации, выполненный в виде двух пар согласно последовательно со- единенных коммутирующих тиристоров, подключенных точками соединения анодов 0 и катодов обеих пар к выводам дополнительного источника питания через встречно включенные диоды разрядные и возвратные диоды, подсоединенные своими соответствующими выводами к указанным точкам со- 5 единения анодов и катодов коммутирующих тиристоров, две последовательно включенные через разделительный диод коммутирующие LC-цепи, подсоединенные своими свободными выводами к соответствующим точкам соединения коммутирующих тиристоров каждой пары, две пары встречно последовательно соединенных анодами и катодами зарядных тиристоров, подключенных точками соединения анодов и катодов к соответствующим выводам до- полнительного источника питания, а свободными анодами и катодами - к соответствующим выводам LC-цепи и разделительного диода, .коммутирующий трансформатор, первичные обмотки кото- рого включены между выводами разрядных и разделительного диодов, а вторичная обмотка подключена к возвратным диодам, два тиристора связи, соединенные соответствующими выводами с точками соедине- ния анодов и катодов коммутирующих тиристоров и подключенные к.выводам постоянного тока трехфазных мостов главных и обратных тиристоров, причем выводы постоянного тока трехфазного моста распре-

делительных тиристоров соединены с соответствующими выводами разделительного диода, блок управления тиристорами, отличающийся тем, что, с целью улучшения технико-экономических показателей за счет снижения установленной мощности коммутирующих цепей, введены шесть включающих диодов, подсоединенных катодами к анодам главных тиристоров трехфазного моста иано- дами к выводам управления этих тиристоров, причем главные тиристоры трехфазного моста выполнены комбиниро - ванно выключаемыми.

2. Инвертор по п. 1,отличающийся тем, что коэффициент трансформации между вторичной и первичными обмотками коммутирующего трансформатора равен отношению напряжения дополнительного источника питания к запирающему им- пульсному напряжению управления.