Автономный инвертор Советский патент 1977 года по МПК H02M7/515 

переменного тока с соединенными последовательно выходами, каждый из которых зашунтирован двумя встречно-параллельно включенными тиристорами. На фиг. I тюказ-ан вариант принципиальной схемы предлагаемого автономного инвертора; иа фиг. 2 - сечение вентиля с регулируемой длительностью проводящего состояния в обратном направлении с трехслойной полупроводниковой структурой; на фиг. 3 - диаграммы тока и напряжения нагрузки инвертора и тока сигналов управления для той же фазы. В силовой части I инвертора каждое плечо 2-7 состоит из двух одинаковых ветвей 8 и 9, 10 и И, 12 и 13, 14 и 15, 16 и 17, 18 и 19, выполненных на вентилях с регулируемой длительностью проводящего состояния. Ветви канедого плеча с одной стороны подсоединены между собой и их общие точки подключены соответственно к вхвдным клеммам 20 и 21 инвертора. С другой стороны ветви плеч подключены к началам 22-24 и концам 25-27 вторичных обмоток 28-30 трансформаторов . Средние точки 34-36 вторичных обмоток подключены к выходым зажимам 37-39 инвертора, к которым подключена трехфазная нагрузка 40, содержащая индуктивности 41-43 и активные сопротивления 44-46. Первичные обмотки 47-49 трансформаторов соединены с выходами 50- 52 источника управляющих импульсов 53, имеющих форму пакетов высокочастотного Переменного тока, системы управления 54. Указанный источник управляющих импульсов 53 выполнен в виде высокочастотного генератора 55 переменного тока с соединенными последовательно выходами 50-52, которые зашунтированы узлами с двусторонней проводимостью 56-58 с соединенными встречно-параллельно тиристорами 59 и 60, 61 и 62, 63 и 64. Система управления 54 содержит также блок включения 65, состоящий из конденсаторов 66-68, соединенных в звезду и подключенных к выходным зажимам 37-39 инвертора через коммутирующий аппарат 69. Входные зажимы 20 и 21 инвертора и зажимы 70, 71 системы управления подключены к источнику питания 72. Вентиль с регулируемой длительностью проводящего состояния в обратном направлении (см. фиг. 2) имеет два силовых вывода: электроды 73 и 74. Полупроводниковый элемент содержит слой 75 п-типа проводимости с высоким удельным сопротивлением и большим временем жизни неосновных носителей заряда. Указанный слой с одной стороны соединен через омический контакт с электродом 73, а с другой стороны образует д-р-переход 76 со слоем 77 р-типа проводимости. Слой 77 имеет кон1центрацию акцепторных примесей больщую, чем концентрация донорных примесей в слое 75 и толщину меньщую, чем диффузионная длина неосновных носителей заряда в слое 77. Вместе с тем, толщина слоя 77 должна быть больше, чем толщина слоя объемного заряда, образующего у п-рперехода 76 при максимальном значении запираемого напряжения, приложенного к прибору. Слой 77 образует р-«-переход 78 со слоем 79+-типа проводимости. Слой 79 имеет отверстия 80, через которые слой 77 непосредственно контактирует с электродом 74. Если к описанному вентильному элементу приложить напряжение с положительной полярностью на электроде 73 и отрицательной на электроде 74, то на п-р-переходе 76 образуется запорный слой, и прибор не пропускает ток. При обратной полярности напряжения, приложенного к вентилю, п-р-переход 76 смещается в прямом направлении и через структуру прибора проходит ток, который замыкается на электрод 74 через отверстия в слое 79. Протекание этого слоя, называемого в дальнейшем зарядным током, вызывает эмиссию дырок из слоя 77 в слой 75, где накапливается остаточный заряд. Этот накопленный заряд смещает п-р-переход 76 в прямом направлении, поэтому при приложении в дальнейшем непосредственно после протекания зарядного тока напряжения с положительной полярностью на электроде 73 и отрицательной на электроде 74, прибор остается в проводящем состоянии и через него проходит ток, являющийся рабочим током вентиля. При протекании рабочего тока возникает эмиссия электронов из слоя 79 через р-я-переход 78. Эти электроны почти без потерь на рекомбинацию проходят через слой 77 в слой 75. Поэтому рабочий ток переносится в основном электронами, а заряд дырок в слое 75 .слабо рассасывается протекающим рабочим током, исчезая главным образом за счет рекомбинации. Поскольку время жизни неосновных носителей заряда в материале слоя 75 достаточно велико, рабочий ток может протекать относительно длительный иромен уток времени, а величина рабочего тока значительно больше величины зарядного тока. После уменьшения величины остаточного заряда до такой степени, что прекращается прямое смещение п-р-перехода 76, протекание рабочего тока через вентиль прекращается. Длительность проводящего состояния вентиля зависит от величины накопленного остаточного заряда и величины рабочего тока, следовательно, при данной величине рабочего тока длительность проводящего состояния веитиля может регулироваться величиной и длительностью зарядного тока. Устройство работает следующим образом. В начальный момент времени вентили 8- 19 (см. фиг. 1) под действием напряжения сточника питания 72 находятся в запертом остоянии. Конденсаторы 66--68 блока вклюения 65 заряжены с полярностью, указанной на фиг. 1. Для пуска инвертора конденсаторы 66-68 осредством коммутирующего аппарата 69 а короткое время подключаются к выходным клеммам 37-39 инвертора. При этом величина напряжения на конденсаторах такова, что возникает ток разряда конденсаторов, замыкающийся через вентили 8 и 9, 10 и 11, источник питания 72 и вентили 18 и 19. Величина тока равна требуемой величине зарядного тока вентилей нри выбранной длительности подключения конденсаторов к инвертору. Прошедший импульс зарядного тока переводит указанные вентили в состояние проводимости в обратном направлении и ток in от источника питания начинает протекать в нагрузку 40.

Одновременно с началом протекания тока нагрузки через вентили 8 и 9, 10 и 11, 18 и 19 в контурах плеч 2, 3 и 7 начинает протекать высокочастотный переменный ток fy управления, подаваемый от источника управляюш,их импульсов 53 через трансформаторы 31-33. Ток управления протекает только через вентили работаюш,их плеч, находящихся в проводящем состоянии, поскольку напряжение вторичных обмоток трансформаторов управления 31-33 невелико « недостаточно для отпирания вентилей, находящихся в запертом состоянии под действием напряжения источника питания 72. Величина тока fy управления выбирается равной или большей величины -г- + ь1- При этом интервале

tp CCM. фиг. 3) протекания тока ly обеспечивается перевод тока нагрузки с одной ветви работающего плеча инвертора на другую и обратно, с частотой /у, равной частоте переменного тока управления iy, а также обеспечивается протекание зарядного тока 4 через вентили работающего плеча, но не проводящие тока нагрузки при данной полуволне тока управления. Для обеспечения непрерывности проводящего состояния вентилей обеих ветвей работающих Плеч инвертора, полупериод переменного тока управления имеет длительность меньшую чем минимальная длительность .с.мнн. проводящего состояния вентилей в обратном направлении, имеющая место при максимальном токе нагрузки инвентора.

Для переключения тока нагрузки, например, с плеча 2 на плечо б подача тока управления на трансформатор 31 прерывается на время п посредством шунтирования тиристорами 69, 60 выхода 60 высокочастотного генератора 55 переменного тока. Время п выбирается большим чем максимальная длительность п.с.маке. ПрОВОДЯЩеГО СОСТОЯНИЯ

вентилей в обратном направлении, имеющая место При минимальном токе нагрузки инвертора. При этом перерыв в подаче тока управления приводит к запиранию вентилей плеча 2, а поскольку реактивный ток fp нагрузки не может сразу прекратиться, то он начинает протекать через ветви 14 и 15 противоположного плеча 5, замыкаясь через источник питания 72 и другое работающее плечо инвертора, это приводит к переходу вентилей 14 и 15 в Проводящее состояние. Поскольку переменный ток управления может протекать только через вентили работающего плеча, время /п должно быть меньще, чем время гн.р.

протекания реактивного тока нагрузки, следовательно, при возобновлении подачи через трансформатор 31 тока управления последний будет протекать через вентили 14 и 15. По окончании протекания реактивного тока вентили 14 и 15 остаются в проводящем состоянии благодаря протеканию тока управления и ток от источника питания 72 пойдет через плечо 5 в нагрузку, Протекая в ней при этом в противоположном направлении.

Длительность цикла /ц подачи пакетов тока управления равна требуемой длительности протекания тока нагрузки в плече инвертора.

30

Формула изобретения

1. Автономный инвертор, содержащий формирователь высокочастотных управляющих импульсов, подключенный своими выходами

к первичным обмоткам трансформаторов, вторичные обмотки которых имеют средние точки и связаны с вентилями, образующими однофазные мосты, соединенные с выводами для подключения источника питания, а также

блок коммутации, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения надежности, в качестве силовых вентилей мостов использованы включенные встречно по отношению к источнику питания вентили с регулируемой длительностью проводящего состояния в обратном направлении, а указанные вторичные обмотки включены в диагонали вентильных мостов, причем их средние точки соединены с выводами для подключеПИЯ нагрузки.

2. Инвертор по п. 1, отличающийся тем, что формирователь управляющих Импульсов выполнен в виде высокочастотного генератора, выходы которого соединены последовательно, а каждый из выходов зашунтирован двумя встречно-параллельно включенными тиристорами.

20

IT

n

ko

Йа

frg:5 j

B

7if.

78

80

J

75

.:--77

. 79fn-)