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

;54) АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР НАПРЯ :СЕНИЯ

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для любого варианта схемы тиристорного инвертора напряжения с однофазной и трехфазной нагрузкой.5

Известны схемы инверторов с узлами коммутации, построенными на основе коммутирующей цепочки из конденсатора и дросселя l и 2.

В подобных схемах увеличение фазности нагрузки приводит к увеличению количества коммутирующих конденсаторов и дросселей, снижению надежности ; и росту массогабаритных показателей 15 устройства. Уменьшить количество коммутирующих реактивных элементов можно за счет применения в инверторах уз лов общей и групповой коммутации. Но при работе инвертора с такими узлами 20 на активно-индуктивную нагрузку со .значительным коэффициентом мощности в выходном напряжении инвертора появляются искажения,ухудшающие егогармонический состав.Поэтому при большой 5 глубине регулирования для обеспечения удовлетворительного гармонического состава необходимо применять узлы повентильной коммутации 1;иристоров инвертора.. 30

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является схема трехфазного автономного инвертора, содержащего подключенный ко входным выводам мост основных тиристоров, шунтированных обратными диодами, общая точка которых связана через вторичные обмотки коммутирующего трансформатора с одними электродами двухоперационных тиристоров, объединенных другими своими электродами в анодную и катодную группы, однофазный коммутирующий тиристорный мост, у которого тиристоры анодной группы зашунтированы обратными диодами, а в диагональ переменного тока включены последовательно соединенные коммутирующая LC-цепочка и первичная обмотка коммутирующего трансформатора, шунтированная встречно последовательно соединенными стабилитронами. Потенциальная развязка коммутирующей цепочки от основных тиристоров с помоцью импульсного трансформатора и двухоперационных тиристоров в данном инверторе позволяет при минимальном количестве громоздких реактивных коммутирующих элементов обеспечить повентильную коммутацию основных тирис торов, при которой достигается хороший гармонический состав кривой выходного напряжения. Другим достоинством инвертора является возможность регулирования напряжения на коммутирующем конденсаторе без введения специального регулируемого источника питания. Такое регулирование позволяет изменять амплитуду коммутационного тока в зависимости от величины тока нагрузки, сохраняя тем самым высокий КПД устройства при малых токах нагрузки инвертора, например при хол эстом ходе асинхронного двигателя з.

Существенным недостатком этого устройства, ограничивающим его применение, является локальный перегрев структуры двухоперационных тиристоров на этапе выключения, что связано с процессом сжатия анодного тока в узкий шнур и узколокализованным тепловыделением при запирании р-и-р- п структуры импульсом тока управления. Локальный перегрев, достигающий температуры порядка 400С, приводит к большой тепловой перегрузке двухоперационных тиристоров, что приводит к снижению надежности.

Цель изобретения - повышение надежности за счет снижения тепловой перегрузки двухоперационных тиристоров .

Поставленная цель достигается тем что в автономный инвертор напряжения содержсгщий подключенный ко входным выводам трехфазный мост основны тиристоров, шунтированных обратными диодами,, общая точка которых связана через вторичные обмотки коммутирующего трансформатора с одними электродами двухоперационных тиристоров , объединенных другими своими электродами в анодную и катодную группы, однофазный коммутирующий тиристорный мост, у которого тиристоры анодной группы зашунтированы обратными диодами, а в диагональ переменного тока включены последовательно соединенные коммутирующая L.C-цепочка и первичная обмотка коммутирующего трансформатора,, включены последовательно с тиристорами катодной группы указанного однофазного моста дополнительные обмотки коммутирующего трансформатора.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого автономного инвертора напряжения в трехфазном мостовом варианте исполнения; на фиг. 2 - временные, диаграммы, поясняющие -работу устройства на интервале коммутации.

Трехфазный инвертор с основными тиристорами 1-6, шунтированными обратными диодами 7-12 и последовательным соединением вторичных обмоток 13-18 импульсного трансформатора 19 с двухоперационными тиристора1ли 20-2 работает на трехфазную нагрузку 26 и содержит однофазный мсЗст из тиристоров 27-30, тиристоры 27 и 28 которог

шунтированы обратными диодами 31 и 32. Диагональ .постоянного тока моста подключена к источнику питания инвертора, а диагональ переменного тока содержит последовательно соединенные коммутирующую цепочку 33 из конденсатора 34 и дросселя 35 и первичную обмотку 36 трансформатора 19. Для снижения тепловой перегрузки двухоперационных тиристоров 20-25 последовательно с тиристорами 29-30 включены дополнительные обмотки 37-38 трансформатора 19.

Инвертор работает следующим образом.

Если в начальный момент времени t. открыты тиристоры 1, 3 и 5, а коммутирующий конденсатор 34 заряжен при положительном потенциале на правой обкладке, то в момент времени и начинается процесс коммутации тиристора 1. Для запирания тиристора 1 подают положительные управляющие импульсы на тиристоры 27 и 30. Конденсатор 34 начинает перезаряжаться по контуру 34-35-36-32-37-34 {см. фиг. 2 а),

5 а через тиристор 1 протекает ток i (см. фиг. 2 в), равный разности тока нагрузки фазы А « и тока указанного колебательного контура приведенного через коэффициент трансформации ко вторичной обмотке 13 трансформатора 19 (см. ток i .1 на фиг. 2 б), После момента времени t2. ток ij становится по величине больше тока Ц, 1 ток, равный их разности, переходит

5 в диод 7, а тиристор 1 оказывается под обратным анодным напряжением и восстанавливает непроводящие свойства. На интервале времени ток i-34 возрастает до максимума и начи,. нает Спадать. В момент t. до того, U. /

как ток 1 спадет до величины тока

1д, подают отпирающий импульс управления на тиристор 30 и запирающий отрицательный импульс тока управления на двухоперационный тиристор 20;

5 При отпирании тиристора 30 обмотка 38 через этот тиристор и диод 20, проводящий ток некоторое время в обратном направлении, подключается к источнику питания инвертора и на обмотке 13

0 возникает импульс напряжения с амплитудой , где KTD - коэффициент трансформации, равный отношению числа витков обмотки 13 к числу витков обмотки 38. Если 1, то тиристор 20 оказывается под обратным анодным напряжением, равным E(K-j.p-l), которое совместно с импульсом отрицательного тока управления приводит к комбинированному выключению двухоперационного тиристора 20. По существу эквивалентная схема, приведенная к обмотке 13 трансформатора 19 на этапе выключения тиристора 20 (интервал ), представляет собой последовательную цепочку, состоящую из источника питающего напряжения Ejj,

источника импульсного напряжения направленного встречно первому источнику и превышающего его по величине, проводящих ток в прямом направлении тиристора 30 и диода 10, по которому начинает протекать ток 1д, и проводящих ток на интервале t ,, - t в обратном направлении тиристора 20 и диода 32; причем диод 3 выбирают таким образом, чтобы время эксплуатации неосновных носителей в его базе (это время определяет величину и скорость спада накопленного в базе диода 32 избыточного заряда) было больше времени эксплуатации неосновных носителей в п-базе тиристора 20. Поэтому тИристор 20 первым в момент t восстанавливает непроводящие свойства в обратном направлении (см. фиг. 2 е), и именно к нему в данный момент времени прикладывается практически все напряжение Е() в обратном направлении (см. фиг.2 ж) так как диод 32 в момент tл еще имеет существенно меньшее, чем у тиристора 20, сопротивление в обратном направлении из-за оставшегося в нем избыточного заряда. Таким образом, импульс обратного анодного напряжения сохраняется на тиристоре 20 до момента t, когда заканчивается процесс снижения до равновесного значения заряда неосновных носителей в базе диода 32, накопленного во время протекания через этот диод прямого анодного тока (см. интервал t - t на фиг. 2 д) . В момент t g- сопротивление диода 32 в обратном направлении резко увеличивается и на обмотке 13 перестает наводиться напряжение , что-приводит к появлению на тиристоре прямого напряжения Ej (см. фиг. 2 ж).

Одновременно с процессом выключения тиристора 20 при отпирании тиристора 30 начинается процесс дозаряда конденсатора 34 по контуру 34-35-36-38-30- 1сточник питания инвертора-27-34. Наличие источника напряжения в данном контуре позволяет восполнить потери энергии в коммутирующей LС-цепочке, имеющие место на интервале времени t - t. Встречное включение обмоток 36 и 38 при равенстве их витков обеспечивает взаимокомпенсацию создаваемых ими магнитных потоков в сердечнике трансформатора 19. Поэтому из схемы инвертора может быть исключена цепочка встречно включенных стабилитронов, которая шунтировала обмотку 36 в известном устройстве и служила для того, чтобы исключить перенапряжение на обмотках трансформатора 19, возникающее в момент разрыва в его вторичной цепи при запирании тиристора 20, поскольку в дросселе 35 в это время протекает большой ток, который не может быт мгновенно прерван.

В момент t ток , и тиристоры 27 и 30 выключаются, после чего в принципе возможна коммутация очередного основного тиристора инвертора.

В следующий коммутационный такт сначала осуществляют отпирание тиристора 28 и двухоперационного тиристора, шунтирующего очередной запираемый основной тиристор инвертора, а затем через время задержки осуществляют отпирание тиристора 29

o и подачу импульса отрицательного тока управления на двухоперационный тиристор, который запирается комбинированным способом, как запирался двухоперацилнный тиристор 20 на предыду5щем коммутационном такте.

Регулирование времени позволяет, как и в известном устройстве, производить регулирование напряжения на конденсаторе 34, а значит, и амплитуды тока в коммутирующей цепочке

0 33, что обеспечивает минимальные коммутационные потери при работе инвертора на изменяющуюся по величине нагрузку.

Совместное воздействие и 1пульсов

5 отрицательного тока управления и обратного анодного напряжения (так называемое комбинированное выключение тиристора) позволяет придать процессу выключения одномерный характер,

0 что устраняет локальный перегрев р-п-р-П структуры и, таким образом, существенно уменьшает тепловую пере- . грузку двухоперационных тиристоров 20-25, в результате чего удается в

5 5-8 раз повысить мощность, коммутируемую этими тиристорами по сравнению с их выключением только по управляющему электроду.

Столь существенное улучшение коммутационной способности двухопера0ционных тиристоров достигается при улучшенных массогабаритных показателях инвертора по сравнению с известной схемой, так как схема устройства дополняется лишь двумя небольшими

5 обмотками (трансформатор 19 работает в импульсном режиме, причем большую часть времени - на интервале t - t при малом перемагничивающем напряжении) , тогда как два стабилитрона,

0 имеющие значительно больший вес и габариты, чем две дополнительные обмотки, исключаются из схемы инвертора. Отсутствие потерь энергии в цепочке встречно включенных стабилитронов

5 позволяет улучшить КПД предлагаемого устройства.

Формула изобретения

Автономный инвертор напряжения, 0 содержащий подключенный ко входным выводам трехфазный мост основных тиристоров, шунтированных обратными диодами, выводы переменного тока которого связаны через вторичные обмотки 5 коммутирующего трансформатора с одниМИ электродами двухоперационных тири сторов, объединенных своими Другими электродами в-анодную и катодную группы, однофазной коммутирующий тиристорный мост, тиристоры анодной труппы которого эашунтированы обратньо4И диодами, 4 в диагональ переменного тока включены последовательно соединенные коммутирукэдая LC-цепочка ,и первичная обмотка коммутирующего трансформатора, отличающийс я тем, 41:0, с целью повышения надежности, коммутируквдий трансформатор снабжен двумя дополнительными

обмотками, включенными последовательно с тиристорами катодной группы однофазного моста.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Бедфорд Б. и Хофт Р. Теория автономных инверторов. М., Энергия, 1969.

Лt6 i

ff/