ТРЕХФАЗНЫЙ САМОУПРАВЛЯЕМЫЙ ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙИНВЕРТОР Советский патент 1967 года по МПК H02M7/48 

Известны самоуправляемые параллельные инверторы на управляемых вентилях, однофазные инверторы которых выполняются с независимым сеточным управлением, что значительно усложняет систему управления.

В предлагаемом трехфазном инверторе получение симметричной трехфазной системы токов достигается благодаря использованию самоуправляемых однофазных инверторов с фазосдвигаюнлими RC- или RL-цепочками в системах сеточного управления, трансформаторные обмотки самоуправления которых соединены в треугольник.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема предлагаемого инвертора; на фиг. 2 и 3 - диаграммы напряжений па первичных обмотках сеточных трансформаторов.

Инвертор состоит из трех самоуправляемых автономных инверторов 1, 2, 3 w. .шестифазпого выпрямителя, выполненного на вентилях 4, через который пнтается нагрузка 5. Каждый инвертор содержит инверторные трансформаторы 6, 7, 8, трансформаторы сеточного управления 9, 10, 11, фазосдвигающие цепочки самоуправления, входной реактор и коммутирующий конденсатор. Для получения трехфазной системы токов обмотки управления инверторных трансформаторов соединены в треугольник. Симметричный сдвиг по фазе между инвертированными напряжениями-автономных инверторов обеспечивается равенством параметров фазосдвигающих цепочек.

Каждый из инверторов работает в колебательном режиме без коммутации анодных токов вентилей. Для обеспечения такого режима работы необходимо, чтобы на входе инвертора был включен конденсатор, а собственная частота колебаний контура, образованного коммутирующим конденсатором и входным реактором, должна быть больше частоты инвертирования. В данном слзчае для выполнения этого условия необходимо, чтобы 1

о ннв, тогда при зажигании одно e.t Ь к

го из вентилей инвертора будет протекать синусоидальиый ток через конденсатор фильтра, входной реактор,коммутирующий конденсатор и вентиль инвертора. К моменту подхода анодного тока вентиля к нулю напряжение в цепи вентиля будет иметь обратное направление и обеспечит его надежное запирание.

Через некоторый интервал времени, определяемый параметрами фазосдвигающей цепочки и выходным напряжением, произойдет отпирание второго вентиля инвертора. К момен ту отпирания этого вентиля напряжение HP

инвертора и полуобмотке инверториого трансформатора и имеет положительное значенне. При отпираиии второго вентиля происходит перезаряд коммутирующего конденсатора но аналогичной цепи. В установившемся режиме работы амплитудное значение напряжения на коммутирующем конденсаторе может быть в 5 раз больше входного нанряжения инвертора.

Аналогично работают остальные два инвертора устройства.

Фазосдвигающие ценочкн самоуправляемых автономных инверторов но существу служат для комненсации фазового сдвига между инвертированным напряжением и током, поскольку для сеточного управления используется синусоидальное напряжение, наводимое на обмотке управления инверторного трансформатора.

Зануск каждого инвертора в предлагаемом устройстве может быть произведен в любой последовательности поочередной подачей короткого пускового нлшульса, формируемого путем разряда предварительно заряженного конденсатора через пусковой тиратрон и дополнительную обмотку трансформатора сеточного унравления, на управляющие сетки вентилей инвертора.

Взаимосвязь между отдельными автономными инверторами, как уже указывалось выще, обеспечивается путем соединения обмоток управления одпофазных инверторных трансформаторов в треугольник. Поскольку треугольник обмоток управлепня инверторных трансформаторов замкнут, то сумма мгновенных значений напряжений всех трех инверторов должна быть равна нулю

t/i +U,+ Us 0

или

U,n, sin Kiit + и т, sin ((Azt + фО +

+ U,n, sin (0)3 +фа) 0

В случае симметричной нагрузки на всех трех инверторах, что наблюдается, например, при подключении нагрузки через выпрямитель, при равенстве входных гшпряжений инверторов и параметров коммутирующих конденсаторов и входных реакторов указанное выше условие сводится к более простому выражению:sin oji/ + sin ( + фО + sin (K,zt -}- ф2) О

Очевидно данное условие может быть выполнено в любой момент времени только при условии, когда

COi С02 СОз СОо

2 7t2 ф2и ф1

3 3

Отсюда вытекает, что условие равенства нулю суммы мгновенных значений напряжений, наводимых на обмотках трансформаторов, и равенства между собой максимальных значений инвертированных напряжений предопределяет равенство собой частот инвертирования отдельных инверторов и

сдвиг по фазе между инвертированными напряжения.мн, равный 120 эл.

При отсутствии соединения обмоток управления ииверторных трансформаторов в треугольник и равенстве параметров фазосдвигающих цепочек каждый самоуправляемый инвертор создает колебания одииаковой амплитуды, но с различными частотами. Соединение обмоток управления инверторных трансформаторов в замкнутый треугольник при отсутствии симметрии и сиихронизма приведет к появлению уравнительного тока, который будет ограничиваться только индуктивными сонротивлениями рассеяния ннверторных

трансформаторов. Наличие индуктивности рассеяния приводит к тому, что в цеии фазосдвигающей ценочки каждого ннвертора, кроме основного переменного напряжепия, будут иметь место переменные составляющие папряжения, наводимые в обмотках унравления остальных двух инверторов. В случае равенства между собой амнлитуд колебаний нанряжения в цени фазосдвигающей цени каждого инвертора могут быть нредставлены выражениями:

I 2It

bl 0 - sino)--- sin (0)2 + 91) +

{ Э- I.

+ sin ( + фа)

J

- sin (wo/ + (fi)sin (i)it

- 1 } Q

+ 51п(созг + ф,)

f 21

sin coi +

Ьо - sln() --I ОJ

+ sin((u2; + ФО

При рассмотрении процессов синхронизации в случае, когда частоты инвертирования всех инверторов близки друг к другу, можно считать, что сдвиг по фазе напряжения унравления, создаваемый фазосдвигающей цепочкой, для всех инверторов имеет одинаковую величину. Тогда диаграммы напряжений на первичных обмотках трансформаторов сеточного унравлення будут иметь вид, изображенный на фиг. 2. Пунктирной линией здесь указаны напряжения на обмотках трансформаторов управления при отсутствии соединення обмотки инверторного трансформатора в замкнутый треугольник. Из рассмотрения диаграмм видно, что при суммарном воздействии напряжений всех трех инверторов моменты зажигания вентилей второго инвертора задерживаются относительно моментов зажиганий при отсутствии соединения обмоток управления в треугольник, а момепты зажигания вентилей первого и третьего инверторов опережают моменты их зажиганий при отсутствии соединения обмоток управления в треугольник. Из указанных диаграмм видно также, что

торных трансформаторов частоты инвертирования инверторов стремятся выравняться п занять устойчивое иоложение, соответствующее равенству частот, coi co2 - соз WQ. Однако процесс синхронизации автономных инверторов в данном случае закончится только тогда, когда начальные фазы инвертированных наиряжений будут ил5еть определенные значения. Равенство начальных фаз инвертированных напряжений в данном случае является неустойчивым, так как нри этом в цени обмоток управления инверторных трансформаторов будет протекать уравнительный ток. Это приводит к тому, что в цепи фазосдвигающей цеиочки каждого инвертора нопрежнему, кроме основного напряжения, будут действовать донолнительные напряжения двух других инверторов

f/i УО |-sin cofli -- 510(0)0/+ Ф1) +

+ sin(o3oi + фа)

j

51п(оЗо1 + ф1) sin COo/ +

t/. U

+ sin(o3oi + фа) I

(21 Г

- sin (cOo/ + ф2) - - sin Wgt +

и, оо L

+ sin(cuo + фО I

Диаграммы напряжений на первичных обмотках трансформаторов сеточного управления будут иметь вид, изображенный на фиг. 3. Пунктирными линиями здесь указаны напряжения на обмотках трансформаторов управления нри отсутствии соединения обмоток инверторного трансформатора в замкнутый треугольник. Из диаграмм фиг. 3 видио, что в данном случае суммарное воздействие напряжений всех трех инверторов приводит к

задержке момеита зажигания вентилей третьего ннвертора н опережению момеитов зажигаиия вентилей первого ннвертора относительно моментов их зажигания при разомкнутом треугольнике обмоток инверторных трансформаторов. Моменты зажигания вентилей второго инвертора в данном случае почти не сдвигаются. Если до закорачивання треугольника обмоток .инверторных трансформаторов разность фаз между напряжениями иа первичных обмотках трансформаторов управления была равной 30° эл., то нри закорачиваиии треугольника обмоток инверторпых трансформаторов она приобретает велнчину, равную

90° эл. Очевидно в установившемся режиме разность фаз между напряжениями на обмотках трансформаторов управления, а, следовательио, и инвертированными напряжениями будет равной 120° эл. Таким образом при соединении обмоток унравления инверторных трансформаторов в замкнутый треугольник и равенстве инвертированных напряжений система трех самоунравляемых инверторов в установившемся режиме нриобретает состояние устойчивого равиосесия, нри котором частоты иивертнрованных колебаннй становятся равными между собой, а начальные фазы колебаний отличаются друг от друга на 120° эл., что соответствует симметричной системе токов.

Предмет изобретения

Трехфазный самоунравляемый параллельпый инвертор на управляемых вентнлях, отличающийся тем, что, с целью получения трехфазной симметричной системы токов, он составлен из трех однофазных самоуправляемых инверторов с фазосдвигаюшими цепочнами в системах сеточного управления, трансформаторные обмотки самоуправления которых соединены в треугольник.