АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР Советский патент 1973 года по МПК H02M5/42 H02M7/72 

1

Известен автономный инвертор, содержащий два тиристордых моста, соеди1ненных последовательно через дроссель, к среднему выводу Которого подсоединяется фаза нагрузки, а его крайние выводы через диоды соединены со входными зажимами тиристорных мостов.

Однако известный инвертор не обладает высокой устойчивостью работы, широким диапазоном регулирования и хоропдими выходными характеристиками.

Предлагаемый инвертор отличается от известного тем, что средний 1вывод дросселя соединен через дополнительные диоды с входными зажимами тиристорных мостов.

Это отличие позволяет повысить устойчивость работы, увеличить диапазон регулирования и улучшить выходные характеристики инвертора.

На фиг. 1 представлена прииципиальная схема автономного инвертора без регулировк« выходного напряжения; на фиг. 2-4 даны эпюры токов и напряжений; на фиг. 5 показана .принципиальная схема автономного инвертора с регулировкой выходного напряжения; на фиг. 6 изображены кривые внешней характеристики автономного инвертора; на фиг. 7 представл-еиа принципиальная схема автономного инвертора с улучшенной внешней характеристикой при холостом ходе.

Автономный инвертор содержит два тиристорных моста 1 к 2 с тиристорами 3-10 и конденсаторами //, 12. Тиристорные мосты соединены- последовательно через дроссель 13, к среднему выводу 14 которого подсоединяется фаза «а нагруз1ки, а его крайние выводы /5,/5 через диоды 17,18, соединены со входными зажимами тиристорных мостов. При этом средний вывод 14 дросселя 13 соединен через дополнительные диоды 19, 20 с входными зажимами тиристорньгх мостов.

Электромагнитные процессы в предлагаемом инверторе г же, что и в обычном последовательном инверторе в режиме прерывистых токов. Разница состоит лишь в том, что имеет место дополнительный интервал задержки отрицательного напряжения на выключаемом тиристоре.

Например, если проводили тиристоры 3, 5 и проводят тиристоры 7, 9, то в течение полупериода на группе 3, 5 напряжение которое в нормальном режиме должно быть отрицательным (f/d - напряжение источника питания, - конденсатора //). Полное время задержки отрицательного напряжения на выключаемом тиристоре будет:

- - Т

f.

зад - . 1

где Т - период выходного напряжения.

Для реализации дополнительного интервала задержки необходимо, чтобы напряжение Hia коммутирующем конденсаторе // в теченле свободного такта моста 1, равное максимальному «астряжению на коммутирующих конденсаторах, определялось следующим соотношением:

и.

-и„

но

и,

ср

где /ср - средний ток и1Н вертора. Если диапазон изменения нагрузки

сРтат

К сргаШ

mln

а так 1как три наименьшей HarpysKef/cmax/min- (Ju то наибольшее напряжение на коммутирующем конденсаторе 11:

Cmax/mln - dТаким образом, устащовленная мощность элементов пропорциональна диапазону изменения нагрузки К:

1 шазс

raln

При холостом ходе схема б«з диодов 19, 20 -неработоспособна Р..

JV- ,

в„,„ при о

На фиг. 2-4 представлены линейные диаграммы схемы фит. 1 при холостом ходе (фиг. 2), коротком замыкании (фиг. 3) и при активной 1нагруз1ке (фиг. 4).

Диоды 17, 18 ограничивают напряжение коммутирующих конденсаторов //, 12 на уровне IJu, и тем самым на всех элементах. Диоды 19, 20 обеспечивают перезаряд ко-ммутирующих емкостей с амплитудой UA в любом режиме, включая холостой ход. Благодаря этому, инвертор работоспособен в любом диапазоне .нагрузки, имеет место жесткая выходная характеристика, напряжение на всех элементах инвертора зафиксировано «а уровне t/d и поэтому установленная мощность элементов инвертора не зависит от диапазона изменения «агрузки, инвертор устойчив к перегрузкам вплоть до коротких замыканий.

При произвольной нагрузке, включая короткое заадыкание, ток моста / (2) остается прерывистым, т. е. к моменту включения тиристоров моста 1 (2) ток в дросселе 13 спадает до нуля.

Из ЭТОГО непосредственно вытекает, что средний ток тиристоров ни в одном режиме не превышает номинальный ток:

Г/2

1

7/2

ЧЦл-С

Г/2

Это происходит благодаря тому, что фиксируется напряжение на конденсаторе 11 (/2) и ток инвертора всегда прерывист, а средний ток тиристоров независимо от характера нагрузки равен номинальному.

Таким образом, если для .известной схемы инвертора установленная .мощность всех элеМбнтов растет нропор.ционально диапазону изменения нагрузки, то в предлагаемой схеме эта мощность не зависит от диапазона нагруз1ки и равна соответствующей мощности для известной схемы при неизменной нагрузке.

Наличие независимого от нагрузки контура перезаряда коммутирующего конденсатора обеспечивает в предложенной схеме возможность регулирования выходного напряжения в инверторе. Для этого каждую фазу инвертора необходимо образовать из двух инверторных групп 21, 22 (фиг. 5), а нагрузку включить между выходами групп.

Регулирование напряжения осуществляется сдвигом фаз между группами 21, 22.

ЕСЛИ мосты 1, 2 включаются в противофазе, то напряжение на выходе инвертора 1максимально, если в фазе - то нулевое. Промежуточным значениям фазового сдв,ига соответствуют з.начвния выходного напряжения в диапазоне.

На фИГ. 6 представлены полученные на физической модели внешние характеристики

27--29 предлагаемого инвертора соответственно при емкостной, активно-индуктивной нагрузке .и нагрузке в виде последовательного колебательного контура. Жесткость характеристики инвертора весь,ма высока в области от нулевой до номинальной нагрузки. При дальнейшем изменении нагрузки наступает ограничение по току с сох,ранением устойчивой работы инвертора. Пр.и чистом холостом ходе поступление

энергии в колебательный контур отсутствует, и в результате этого контур имеет потери, а1мплитуда колебаний пада.ет, что приводит к аномальному режиму работы. С целью сохранения нормального режима инвертора при холостом ходе -предлагается зашунтировать

каждый мост 1 (2) с частью последовательно

включенного коммутирующего дросселя 13

подзарядным конденсатором 23 (24) (ф.ит. 7).

В течение рабочего такта моста 1 (2) конденсатор 23 (24) перезаряжается от напряжения UA до нуля. При этом энергия переходит в колебателыный контур.

Емкость подразрядных конденсаторов 23, 24 выбирается так, чтобы потери в ячейке .в течение рабоч.его цикла при амплитуде колебаний в ячейке, равной UA, компенсировались бы энергией, «впрыскиваемой в жонтур подзарядньш.и конденсаторами 23, 24. При этом и при холостом ходе процессы. IB инверторе протекают нормально.

Предмет изобретения

Автономный инвертор, содержащий два тнристорных моста, соединенных последовательно через дроссель, к среднему выводу которого подсоединяется фаза нагрузки, а его крайние выводы через диоды соединены со входпыми зажимами тнристорных мостов, отличающийся тем, что, с целью ловышенпя устойчивости работы, увеличения диапазона регулирования и улучшения выходных характеристик, средний вывод дросселя соединен через дополнительные диоды с входными зажимами тиристорных мостов.

15

т

5i40-720

360

ч В

с.

С,2

i

иг. 3

22

0,2 O.tt 0.6 0 t2 i,tl 1.6 ijS

tfTIf f I

Верхняя граница, былс Фиг. 6дного тока (1,95)

Короткое замо1КаниеП. 39f)