Автономный -фазный мостовой инвертор напряжения Советский патент 1980 года по МПК H02M7/515 

Изобретение отиосится к преобразовательной технике и может быть использовано в частотно-управляемом электроприводе. Известны тиристорные мостовые инверторы с общим узлом коммутации, осуществляющие попеременно принудительную коммутацию то анод ной, то катодной группы тиристоров 1, 2 и 3 Они отличаются, как известно, жесткой внешней 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 через основные тиристоры и, кроме того, к усложнению узла коммутации за счет введения различных цепей сброса избыточной энергии коммутации, а также к сложности установки защиты инвертора по току и к пониженной помехоустойчивости схемы в связи с появлением Повышенных напряжений на коммутирующей индуктивности, превышающих величину напряжения питания инвертора. Указанных недостатков лишены инверторы с. узлом коммутации, осуществляющем переменную групповую коммутацию анодной и катодиой группы тиристоров 4, 5 и 6, реализующие последовательную коммутацию с независимым контуром перезаряда коммутирующего коиденсатора. Однако содержащиеся в силовой цепи этих известных решений коммутирующие дроссели приводят к дополнительным потерям и к снижению жесткости внешней характеристики. Наиболее близким по существу технического решения является инвертор, содержащий двухфазный мостовой инвертор, тиристоры каждой стойки которого соединены между собой через дроссель с щинами питания, мост диодов обратного тока, а также два узла принудительной коммутации, каждый из которых выполнен в виде цепочки из послеДоватвльно включенных вентиля, ограничительного дросселя и коммутирующего конденсатора, к обкладкам которого через встречно37Параллельно включенные коммутирующий тиристор и перезарядный вентиль подключена отпайка обмотки коммутирующего дросселя, причем указанные цепочки подключены к шинам питания инвертора так, что одна обкладка коммутирующего конденсатора одного узла принудительной коммутации связана с точкой объединения электродов катодной группы тиристоров, а обкладка коммутирующего конденсатора второго узла принуди1ельной ком мутации связана с точкой объединения электр дов анодной группы тиристоров инвертора. Этот инвертор имеет гот же выше отмеченный недостаток. Целью изобретения является устранение этого недостатка, а именно улучшение энергетических показателей инвертора. Поставленная цель достигается тем, что автономный т-фазный мостовой инвертор, вы полченный аналогично выше описанному , ска )жен 2т числом вспомогательных тиристоPOI , причем катоды тиристоров анодной группы через m вспомогательных тиристоров в непроводящем направлении подключены через обмотку коммутирующего дросселя одного узла принудительной коммутации к точке объединения электродов тиристоров катодной группы, а аноды тиристоров катодной группы через другие m вспомогательных тиристоров в проводящем направлении подключены через обмотку коммутирующего дросселя второго . узла принудительной коммутации к точке объединения электродов тиристоров анодной группы. Сущность предложения поясняется на чертеже. Инвертор содержит: стойки моста 1 и 2, Каждая из которых собрана на тиристорах Т1, Т2, диодах Д1 и Д2 моста обратного тока с включенными между катодом тиристора Т1 и анодом тиристора Т2 демпфирующим дросселем Др, который содержит три промежуточных отвода, крайними из которых он соедине с диодами моста обратного тока, а средний его отвод является выходным выводом инвер тора; две группь 3 ,и 4 вспомогательных тиристоров, первая Из которых подключена катодами к катодам тиристоров Т1 анодной группы, а вторая группа вспомогательных тиристоров подключена анодами к анодам ти ристоров Т2 катодной группы; два узла 5 и 6 принудительной коммутации, каждый из которых содержит коммутирующие конденсаторы 7 и 8, подключенные к шинам питания инвертора через вспомогательные дросселя 9 и 10, и развязывающие вентили 11 и 12, а также подсоединенные од11ой обкладкой к рдному из крайних отводов коммутирующего дросселя 13 и 14 непосредственно, а к его промежуточному отводу через коммутирующие тиристоры 15 и 16, щунтированные в обратном направлении диодами 17 и 18, при этом вторым крайним зажимом коммутирующие дроссели 13 и 14 соответственно подключены к анодам (катодам) первой (второй) группы вспомогательных тиристоров. Источник питания обозначен цифрой 19. Рассмотрим принцип работы инвертора. В исходном положении коммутирующие конденсаторы 7 и 8 заряжены практически до Напряжения источника питания. В общем случае в каждом плече инвцртирования включен всегда один из силовых тиристоров. Согласно очередности следования интервалов повторяемости работы мостового инвертора пусть и в первом и втором плече инвертирования открыты анодные тиристоры Т1, а в т-ом плече Инвертирования открыт тиристор Т2. Для включения тиристора Т1, например, первого пдеча инвертирования подают открывающие импульсы управления на коммутирующий тиристор 15 и вспомогательный тиристор 20. При включении коммутирующего тиристора 15 к обмотке Wi коммутирующего дросселя 13 прикладывается напряжение коммутирующего конденсатора 7. Непосредственно ка дросселе 13 за счет магнитной связи первой Wt и второй W2 полуобмоток наводится напряжение, превышающее напряжение источника питания. Напряжение дросселя 13 прикладывается через включенный вспомогательный тиристор 20 непосредственно к катоду тиристора Т 1 и через источник питания 19 к его аноду, тем самым достигается принудительное включение тиристора Т1 первого плеча инвертирования. Выбор числа витков полуобмотки W дросселя 13 проводится исходя из необходимого по величине обратного .напряжения, прикладываемого к силовому тиристору моста, от величины которого, как известно, в значительной степени зависит время восстановления тиристоров. При включении тиристора Т , вследствие индуктивной реакции нагру:.чИ ток тиристора Т1 переводится в цепь дкода Д2. Поэтому, если он до этого протекал к вь1ходному выводу инвертора через тиристор Т1 и полуобмотки Wj и W2 демпфирующего дросселя Др, то теперь к выходному выводу ток нагрузки будет протекать через Д2 и полуобмотку Wj демпфирующего дросседя Др. При этом энергия,запасенная в обмотке Wj демпфируюшегр дросселя |будет трансформирована в обмотку W2. В to же время обмотки Wi и Wa будут исключать, шунтирующее действие диода Д1 на величину обратного восстанавливающего напряжения, прикладываемого к тиристору Т1. Следует отметить, что при срабатывании узла 5 коммутации может быть существенно либо принудительное выключение любого из анодных тиристоров Т1 каждой стойки моста, либо одновременное выключение нескольких тиристоров анодной группы, например тиристоров Т1 первой и второй стойки моста,- что достигается соответствующей пода чей открывающего импульса управления на коммутирующий тиристор 15 коммутационно . схемы и на один из вспомогательных тиристоров, например, на тиристоры 20 и 21. Вернемся к дальнейшему рассмотреншо электромагнитных процессов в первом узле коммутации. Начиная с момента включения тиристора 15, осуществляется колебательный перезаряд конденсатора 7 через полуобмотку Wj коммутирующего дросселя 13 до противоположной полярности. При этом с момент изменения полярности напряжения на комму тирующем конденсаторе на противоположную заканчивается восстановление управляющих свойств тиристора Т1, а за счет обесточивания и изменения полярности напряжения на обмотках коммутирующего дросселя 13 начинается восстановление управляющих свой вспомогательных тиристоров, в частности тиристора 20. Как только коммутирующий конденсатор перезарядится до противоположной полярности, начинается его перезаряд до исходной полярности напряжения через ту же обмотку Wi коммутирующего дросселя 13 и через диод 17. При этом коммутирующий тиристор восстанавливает свои управляющие свойства. С момента появления исходной полярности напряжения на коммутирующем конденсаторе снимается восстанавливающее напряжение с вспомогательных тиристоров, а восстановление управляющих свойств комм тирующего тиристора 15 заканчивается в момент окончания перезаряда коммутирующего конденсатора до исходной полярности. По окончании перезаряда конденсатора 7 до исходной полярности осуществляется дозаряд конденсатора 7 через вспомогательный дроссель 9 и развязывающий, вентиль И. Если обозначить напряжение на коммутирующем конденсаторе 7 в момент начала дозаряда через ., то можно сделать вывод о том, что это напряжение будет несколько меньшим напряжения источника питания за счет конечной добротности дросселя 13. Поэтому при дальнейшем дозаряде конденсаторе 7 от источника питания будет иметь место только некоторое превышение напряжения На коммутирующем конденсаторе над величиной напряжения источника питания, однако оно не будет существенным из-за тог Что разница (Е-UCR) также не обосновано велика и, кроме того, конгур дозаряда также имеет конечные добротности элементов. Таким , образом, практически можно говорить о том, что конечное напряжение дозаряда коммутирующего конденсатора равно величине напряжения источника питания. Следует отметить, что обычно параметры коммутирующего 13 и вспомогательного 9 дросселей рассматриваемого типа узла коммутации, осуществляющие последовательную коммутацию с независимым контуром дозаряда коммутирующего конденсатора 4, 51 и 6, выбирают исходя из условия L,3, L,o L,4, Т.е. кс1гда электромагнитные процессы в разрядном контуре протекают как минимум на порядок быстрее чем в дозарядном контуре. При необходимости повышения частоты срабатывания узлов коммутации параметры дозарядного дросселя могут быть понижены до коммутирующего дросселя за счет использования вместо отсекающего диода отсекающего тиристора. Аналогично описанному процессу принудительной коммутации анодных тиристоров инвертора (с помощью первого узла коммутации) осуществляется процесс принудительного включения катодных тиристоров инвертора с помощью второго узла коммутации путем подачи импульсов управления одновременно на коммутирующий тиристор 16 и На вспомогательные тиристоры второй группы. Наличие демпфирующих др.1сселей в каждом плече инвертирования мало сказывается на внешней характеристике инвертора, так как параметры данного дросселя обычно на порядок ниже параметров коммутирутощсго дросселя и составляют величину 20-30 мк Гн, в то же время, как было показано выше, они исключают шунтирующее действие диодов моста обратного тока на величину обратного восстанавливающего напряжения, прикладываемого к тиристорам, а также ограничивают величину параметра di) /Ott. , Формула изобретения Автономный т-фазный мостовой инвертор напряжения, тиристоры каждой стойки которого соединены между собой через дроссель, содержаи91й мост диодов обратного тока, а также два узла принудительной коммутащи каждый из которых выполнен в виде цепочи из последовательно включенных развязыающего вентиля, вспомогательного дросселя коммутирующего конденсатора, к обкладам которого..через встречно-параллельно ключенные коммутирующий тиристор и пере