Автономный инвертор Советский патент 1981 года по МПК H02M7/515 

1

Изобретение относится к иреобразовательной технике, а именно к автономным инверторам тока, и может быть нспользовано в преобразователях ностоянного напряжения в переменное, например, для источников гарантированного ннтания.

Р1звестен автономный инвертор, содержащий тиристорный мост с дросселем в цени постоянного тока и параллельными конденсаторами в выходной цепи Т1. В таком инверторе выходное напряжение сильно зависит от величины тока нагрузки.

Известен также инвертор, в котором для стабилизации выходного напряжения используется дополнительный тиристорный мост - обратный выпрямитель |2. Однако использование обратного выпрямителя приводит к существенному усложнению инвертора.

Наиболее близким но технической сущности к изобретениюявляется автономный инвертор с дросселями в цепи постоянного тока, в котором для стабилизации выходного напряжения используются только два днода, связывающие нулевую точку конденсаторов, соединенных в звезду, с входными выводами инвертора 3.

Однако надежность такого инвертора недостаточно высока, так как его коммутационная устойчивость определяется только

запасом реактивной мощности конденсаторов. Кроме того, наличие двух дросселей несколько усложняет инвертор и приводит к ухудшению его массогабаритных иоказателей.

Целью изобретения является упрощение инвертора, улучщение его массогабаритных показателей и повышение надежности.

Поставленная цель достигается тем, что к автономном инверторе, содержащем тиристорный мост с дросселями в цепи ностоянього тока, коммутирующие конденсаторы, соединенные в звезду и подключенные к выходным выводам, два диода, соединенных последовательно и включенных в обратном направлении между положительным и отрицательным входными выводами, причем общая точка диодов и общая точка конденсаторов объединены, обмотки дросселей раснолол ены на общем магнитопроводе.

С целью улучщения гармонического состава кривой вы.ходного напряжения последовательно с каждым из упомянутых диодов могут быть включены дополнительные дроссели.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема автономного инвертора; на фиг. 2 - временные диаграммы.

Инвертор содержит тиристоры 1-6, диоды 7 и 8, магнитно-связанные дроссели

9 ii 10, оммут11р 1ои не комденсаторь; ,

В нормальном режиме работы тиристоры 1-6 переключаются иоочередно через 60 эл. град, в порядке их иумерации узкими сдвоениыми управляющими импульсам. обеспечивая формироваиие на выходе инвертора трехфазной системы иаиряжений. Коммутация - запирание тиристоров обеспечивается конденсаторами И-13. Напряжение на коидеисаторах в диапазоне номинальных нагрузок меньше входного напряжения инвертора, поэтому диоды 7 и 8 находятся в непроводящем состояннн.

При снижении ьагрузки происходит накопление избыточиой реактивной энергии в коммутируюншх конденеаторах и возрастание напряжения на них. Как только оио достигиет величииы входного напряжепия. диоды 7 и 8 но очереди отиираются под разностью соответствующего фазиого п входиого наиря/кепнй, обеспечивая ограинЧепие - стабилизацию фазпых панряжений на коммутируюгцих конденсаторах и на выходе ннвертора на уровне его входного напряжения.

Работа иивертора пояспяется времеинымп диаграммами (фиг. 2).

Пусть индуктивность входных дросселе 9 н 10 близка к бесконечности, инвертор работает в режиме, близком к холостому ходу, и в момент времени t О отиираются тиристоры 1 н 6. Полярность напряжений па коммутирующих копдепсаторах 11 -13 соответствует при этом указанной на фиг. 1. Входной ток протекает по непи: дроссель 9, тиристор 1, кондеисаторы 12 п

11(и пагрузку), тиристор 6 н дроссель 10, обеспечивая перезаряд конденсаторов 11 н

12и нитаиие нагрузки.

Как только нанряжение па копдепсаторе 11 достигнет величины входного напряжения, происходит отпирание диода 7 и образование двух новых контуров протекания тока: контура а - источник питания, диод 7, конденсатор И, тиристор б, дроссель 10, тиристор 6 и контура б - дроссель 9, тиристор 1, конденсатор 12, диод 7.

Благодаря жесткой магнитной связи между дросселями 9 и 10 под разностью напряжения на конденсаторе И и нанря жения источника ннтания, действуюншх в контуре а, нрисходит мгновенное запирание тиристора 6 и переключение тока с дросселя 10 в дроссель 9. При этом ток в дросселе 9 возрастает в два раза и иротекает по контуру б, обеспечивая продолжение перезаряда коиденсатора 12. Ток из питающей сети прекращает поступать, а избыточная энергия, запасенная в дросселях 9 н 10 и конденсаторе 12, идет на перезаряд конденсатора 13 н поступает в нагрузку.

Через интервал t подаются сле3(0

дуюн111е но очередности нравляющ с н.мпульсы на тиристоры 1 и 2. Отпирание тиристора 2 приводит к заппранню диода 7 за счет разности входного наиряжеиня п нанряжеиия иа конденсаторе 13, яв.тяюндегося для диода 7 обратным, н к образованию нормального контура н 1отекан11я рабочего тока: источник питания, дроссель 9, тиристор 1, конденсаторы 12 п 13. тиристор 2 п дроссель 10. При этом за счет жесткой магнитной связи ме:.кду дросселями 9 и 10 происходит скачкообразное снижение тока в дросселе 9 в два раза, а в дросселе 10 - возрастаннс с нуля до иолного тока, что обеснечивает продолжение ьормальной работы ннвертора н дальнейшее формирование напряжения иа его выходе с соответствующим нерезарядом конденсаторов. Далее инвертор работает аналогично.

Па фнг. 2 а нриведена форма кривой входного тока инвертора, образованная

прямоугольниками длительностью - -а, 3

разделенными паузами ос, соответствующимн времени иринудительпого запертого состояния тиристоров 1-6 при работе диодов 7 и 8.

На фнг. 2 б и в нриведены формы кривых токов, нротекающнх через дроссели 9 и 10 и тиристоры 1-6. За счет жесткой магннтной связи в момент нрекращения протекания тока в одном пз дросселей происходпт скачкообразпое возрастание тока в

два раза в другом дросселе, а длительность проводящего состояння каждого из тнристоров 1-6 составляет 2rt/3 - а.

Па фнг. 2 г приведена форма кривых токов через обратные диоды 7 н 8, нредставляющпх собой нрямоугольники тока с амплитудой 2/ и длительностью а. Поскольку диоды работают по двухтактной схеме, каждый из них отпирается за период три раза.

На фиг. 2 д показана форма кривой тока иа выходных зажимах инвертора - фаза А. За счет упреждающего запирания тиристоров 1 и 6 длительность токовых им2л, 2л пульсов сокращается с до (- ее,

т. е. на угол а, в них появляется дополнительная стуненька тока длительностью а,

а бестоковая пауза возрастает с - до

. 3

На фиг. 2 е ноказана форма кривой напрял ения на одном из конденсаторов 12 - фаза А.

На фиг. 2 ж ноказана форма кривой напряжения на тиристоре. Интервал восстановления занирающих свойств возрастает на угол а. Кроме того, за счет скачкообразного возрастания тока в дросселях

9 и 10 в два раза в моменты упреждающего запирания тиристоров, приводящего к ускоренному перезаряду соответствующих конденсаторов, в кривых напряжений иоявляются дополнительные изломы.

При изменении нагрузки от поминальной до минимальной происходит возрастание напряжения на выходе инвертора (и кондеиеаторах). Однако наличие обратных диодов 7 и 8 и жесткой магнитной связи между дросселями 9 и 10 ограиичивают это напряжение на уровне входного, при этом возрастает угол принудительного запирания тиристоров а от О до --- , уменьшая

тем самым поступление энергии в иивертор из питающей сети.

Для дальнейн1его улучшсппя гармонического состава тока инвертора последовательно в цепь обратных диодов можно устанавливать дополнительные дроссели. П тем подбора иараметроз инвертора (соотношепия емкостей и индуктивиостей) можио добиться такого режима работы инвертора, при котором в режиме стабилизацип выходного напряжения инве ггора тпристоры работают полные 120 УЛ. град, (угол принздительиого запирания тиристоров .а 0). Такой режим работы аиалогичен режиму работы ииверторов с обратным мостом и дросселями в его анодных и катодных цепях.

Таким образом, в предлагаемом пиверторе обеспечивается упрощепие схемы и снижение массогабаритных показателей за счет выполнения входных дросселей на общем магнитопроводе. Кроме того, за ечет увеличення времени, предоставляемого тиG

ристорам для восстановления запирающих свойств, повышается надежность инвертора.

Форм у л а и 3 о б р е т с i и я

1.Автономный инвертор, содержащий тиристориый мост с дросселями в цепи

постоянного тока, коммутнрующие конденсаторы, соединенные в звезду ii подключенные к выходным выводам, два диода, соединенные ноеледовательно и включенные в обратном направлении eждy ноложительным и отрицательиым входными вывода.ми, причем общая точка диодов и обитая точка конденсаторов объединены, о т л и ч а ющийся тем, что, с целью уирощения инвертора, улучшения его массогабаритиых

показателей н повышения иадежности, обмотки дросселей расположены на обн1ем магнитоироводе.

2.Автономный инвертор но п. 1, отличающийся тем. что, с целью улучшения

гармонического состава криво; выходного ианряжения, в не1чт введены дополнительные дроссели, включенные иоследовател1 но с каждым из упомянутых диодов.

Источинки информации,

иринятые во внимание ири экепертизе

1.Лабенцов В. А. Автоиомиые тиристорные ииверторы, М, «Энергия, 1967,

с. 89, рис. 43.

2.Там же, с. 32, рис. 13, а.

3.Авторское свидетельство СССР Хо 615577, кл. Н 02 М 7/515, 1975.

Т Т Т;

.f ,

/ .4