Однофазный тиристорный мостовой инвертор Советский патент 1979 года по МПК H02M7/515 

1

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к тиристорным мостовым инверторам напряжения.

Известны тиристорные мостовые инверторы с общим узлом коммутации, осуществляющие попеременно принудительную коммутацию то анодной, то катодной группы тиристоров, отличающиеся жесткой внещней характеристикой за счет гальванической развязки коммутирующих и рабочих электромагнитных процессов в инверторе. Однако в таких инверторах напряжение источника питания в момент разряда конденсатора узла коммутации прикладывается к зажимам последовательной индуктивности на входе, что приводит к увеличению тока, отбираемого от источника и циркулирующего в основных тиристорах, и кроме того, к усложнению узла коммутации за счет введения различных цепей сброса избыточной энергии коммутации.

Указанных недостатков лишены инверторы, осуществляющие последовательную коммутацию с независимым контуром перезаряда коммутирующего конденсатора.

Целью изобретения является повышение надел ности инвертора, а также улучшение его энергетических ноказателей, наряду с расширением диапазона регулирования выходного напряжения. Указанная цель достигается тем, что коммутирующие дроссели выполнены с отпайками, к которым подключены другие силовые электроды коммутирующих тиристоров, и имеют вторичные об.мотки, связанные с другим выводом постоянного тока моста.

Вынолнение коммутирующих дросселей по схеме с промежуточным отводом позволяет с учетом реальных добротностей стабилизировать напряжение на конденсаторе на уровне величины напряжения, равного напряжению источника питания. Это важно при осуществлении работы инвертора от источника с повышенным значением величины напряжения питания. Кроме того, этот режим естественно вытекает из работы данного узла коммутации. Устойчивая коммутация тиристоров инвертора достигается за счет выполнения коммутирующего дросселя по автотрансформаторной схеме. Улучшение энергетических показателей инвертора достигается выполнением как дозарядного, так и разрядного контура с высокой добротностью. Расширение диапазона регулирования решается введением вторичной обмотки коммутирующего дросселя, за счет чего осуществляется групповая иофазная коммутация каждой фазы инвертора.

Предлагаемая схема инвертора приведена на фиг. 1.

Инвертор содержит источник питания 1, тиристорный мост, собранный на тиристорах 2-5, диодный мост обратного тока, собранный на диодах 6-9, нагрузку 10 и две коммутационные схемы, каждая из которых содержит соответственно коммутирующие дроссели И, 12 с первичными 13-16 и вторичными 17, 18 обмотками; коммутирующие конденсаторы 19, 20, коммутирующие тиристоры 21, 22, щунтированные в обратном наиравлении диодами 23, 24; развязывающие диоды 25, 26 и вспомогательные дроссели 27, 28.

Рассмотрим принцип работы предлагаемой схемы однофазного тиристорного моетового инвертора.

В исходном положении коммутирующие конденсаторы 19 и 20 заряжены практически до напряжения источника питания. Пусть инвертор формирует положительную полуволну напряжения на нагрузке, при этом включены тиристоры 5 и 3.

На фиг. 2, а представлена кривая напряжения, формируемая на нагрузке; на фиг. 2,6, в - потенциалы точек, формируемые каждой тиристорной фазой инвертора. В момент времени ti, согласно фиг. 2, а, для выключения тиристора 2 подается импульс управления на коммутирующий тиристор 22, в результате чего к обмотке 15 коммутирующего дросселя 12 прикладывается напряжение коммутирующего конденсатора 20. Непосредственно на дросселе 12 за счет магнитной связи верхней 15 и нижней 16 полуобмоток наводится напряжение, превыщающее напряжение источника питания. Напряжение дросселя прикладывается к аноду тиристора 2 непосредственно и к катоду второго тиристора 3 через источник питания 1 и диод 7 моста обратного тока. Выбор числа витков полуобмотки 16 проводится исходя из необходимого обратного напряжения, прикладываемого к силовому тиристору моста, от величины которого, как известно, в значительной степени зависит время восстановления тиристоров.

Наряду с принудительным выключением тиристора 2 на обмотке 18 коммутирующего дросселя 12 также наводится той же величины напряжение, являющ ееся восстанавливающим для тиристора 3, который находится в одной фазе мостового инвертора с тиристором 2. Напрял ение, наведенное на обмотке 18, прикладывается к тиристору 3 через источник питания и диод 6 моста обратного тока. Таким образом, данная коммутационная схема осуществляет групповую пофазную принудительную коммутацию обоих тиристоров фазы инвертора.

После выключения тиристора 3 осуществляется включение тиристора 2 (см. потенциал фь фиг. 2, в). При этом па промежутке времени ti-iz включены оба анодных тиристора 5 и 2, за счет чего создаются необходимые щунтирующие контуры для тока

нагрузки независимо от его направления, а именно нагрузка замкнута через диод 6, обмотку 17, коммутирующего дросселя 11 и тиристор 5, либо через диод 9, обмотки 15 и 16, коммутирующего дросселя 12 и тиристор 2. В дальнейщем коммутирующий конденсатор 20 (см. фиг. 1) через обмотку 15 коммутирующего дросселя 12 и тиристор 22 перезарядится до обратного напряжения, после чего начнется новый перезаряд конденсатора 20 через диод 24, обмотку 15 дросселя 12 до исходной полярности напряжения на обкладках. При этом вспомогательный тиристор 22 восстанавливает свои управляющие свойства. По окончании перезаряда конденсатора 20 до исходной полярности начнется дозаряд конденсатора 20 через всномогательный дроссель 28 п развязывающий диод 26. Напряжение на коммутирующем конденсаторе 20 в момент начала дозаряда через Uck несколько меньше напряжения источника питания, за счет конечной добротности дросселя 12. Поэтому при дальнейптем дозаряде конденсатора

20от источника питания будет некоторое превышение напряжения па коммутируюnteM конденсаторе над величиной напряжения источника питания, однако оно не существенно из-за того, что разница (Е-Uch) также невелика п, кроме TOio, коптур дозаряда имеет конечные добротности элементов. Практически конечное напряжение дрзаряда коммутирующего конденсатора равно величине напряжения источника питания.

По окончании интервала нулевых значений напряжения на нагрузке (см. фиг. 2, а, б) в момент времени /2 подается импульс управления на вспомогательный тиристор

21(см. фиг. 1) и первый узел коммутации осуществляет аналогично выщеописанному принудительное выключение обоих тиристоров 5 и 4 первой стойки инвертора. Затем подается открывающий импульс управления на тиристор 4 (см. фиг. 2,6) и за счет открытого состояния тиристоров 4 и 2 на нагрузке формируется отрицательная полуволна напряжения и т. д.

Таким образом, каждая из тиристорных фаз формирует на своем выходном зажиме прямоугольный потенциал, при этом коммутируется каждая из фаз соответственно СБОИМ узлом коммутации. Независимо от работы обоих узлов коммутации формируемые кривые напряжений инвсрторных фаз фа и фь (см. фиг. 2,6, в) можно сдвигать одну относительно другой от нуля до 180°, тем самым осуществляя регулирование выходного напряжения от нуля до максимума.

Выполнение комлмутирующих дросселей по схеме с промежуточным отводом, к которому через вспомогательный тиристор подключен коммутирующий конденсатор, позволяет получить необходимое обратное напряжение восстановления для тиристоров, а также позволяет проводить выбор коммутирующего и вспомогательного дросселей с учетом их реальных добротностей при условии стабилизации иапряжения на коммутирующем конденсаторе на уровне величины напряжения источника питания. Стабилизация напряжения на коммутирующем конденсаторе, а также стабильность в формировании обратного напряжения на тиристорах инвертора позволяет повысить устойчивость коммутации тока нагрузки и тем самым в значительной степени повышает надежность работы инвертора.

Предложенное схемное построение узлов коммутации позволило исключить связь между необходимым напряжением на коммутирующем конденсаторе для устойчивой коммутации тока нагрузки и энергетическими показателями инвертора. Оно позволяет осуществить работу при высокой добротности как коммутирующего, так и дозарядного контуров и тем самым улучшить энергетические показатели инвертора.

За счет введения вторичной обмотки коммутирующего дросселя осуществлена коммутация анодного и катодного тиристоров каждой из инверторных фаз; тем самым расширен нижний предел регулирования

выходного напряжения до нуля при сохранении верхнего предела регулирования выходного напряжения.

Формула изобретения

Однофазный тиристорный мостовой инвертор, содержащий основные тиристоры, шунтированные обратными диодами, два узла коммутации, каждый из которых состоит из коммутирующих дросселя, тиристора, шунтированного обратным диодом, и конденсатора, который подключен одной обкладкой к одному из выводов для источника питания, а другой обкладкой - к одному из силовых электродов коммутирующего тиристора и через вспомогательный дроссель и развязывающий диод подсоединен к другому выводу для источника питания, коммутирующие дроссели подключены

к одному из выводов постоянного тока моста, отличающийся тем, что, с целью улучшения энергетических показателей инвертора при расширении диапазона регулирования выходного нанрялсения, коммутирующие дроссели выполнены с отпайками, к которым подключены другие силовые электроды к01ммутирующих тиристоров, и имеют вторичные обмотки, связанные с другим выводом постоянного тока моста.

iViW,

5,2 a I .3 I 5.J I