Трехфазный инвертор Советский патент 1981 года по МПК H02M7/515 

(54) ТРЕХФАЗНЫЙ ИНВЕРТОР

Изобретение относится к преобразовательной полупроводниковой технике, в частности к трехфазным инверторам напряжения с широтно-импульсным управлением, не требующим предварительного перезаряда коммутирующего конденсатора перед очередным выключением тиристоров. Такие инверторы широко применяются в системах электроприводов с двигателями переменного тока при питании от аккумуляторной батареи. Последняя, как правило, .в процессе эксплуатации требует периодического заряда от сети переменного тока. Известенинвертор, содержащий прямой тиристорный и обратный диодный трехфазные мосты, общий узел коммутации с одним конденсатором и два дросселя. 1. Недостатки такого инвертора заключаются в том, что необходимы дополнительные два дросселя и два диода для сброса избытка энергии, накопленной в основных дросселях инвертора за время разряда конденсатора, что в свою очередь приводит к увеличению коммутационных потерь энергии; нет возможности управлять величиной напряжения конденсатора при изменении нагрузки. При работе инвертора от аккумуляторной батареи он не может использоваться в качестве управляемого выпрямителя для ее заряда от сети переменного тока. Известен также инвертор с общим узлом коммутации, содержащий восемь коммутирующих тиристоров, пять конденсаторов и пять дросселей, участвующих в коммутационном процессе 2. Недостатки этого инвертора состоят в том, что относительно большое число тиристоров, конденсаторов и дросселей усложняет коммутационный узел и увеличивает его массу и габариты. Вместе с тем конденсаторы инвертора требуют перед очередной коммутацией подготовительного перезаряда, в связи с чем возрастают коммутационные потери энергии. Наряду с указанными недостатками следует отметить, что обратный мост инвертора соединен с источником питания через конденсатор, что ограничивает сферу использования инвертора. Инвертор напряжения имеет .общий узел коммутации, состоящий из вентильного переключателя, конденсатора, последовательно соединенного с переключателем, и дросселя в цепи источника питания 3.

Такому инвертору свойственны повышенные коммутационные потери энергии, вызванные необходимостью подготовительного перезаряда конденсатора и одновременным выключением всех шести тиристоров прямого моста при разряде конденсатора. Вместе с тем высокая частота напряжения конденсатора приводит к значительному увеличению его мощности, массы и габаритов.

Известен еще инвертор, который имеет коммутирующий узел, содержащий 10 тиристоров, два конденсатора и дроссели 4. Недостатки данного инвертора состоят в больщом количестве тиристоров и конденсаторов, необходимости подготовительного перезаряда конденсаторов, и в рассеивании части энергии коммутирующих дросселей на специально включенных резисторах, с целью ограничения напряжения на конденсаторе. При этом увеличиваются масса и габариты инвертора, возрастают потери энергии в его силовых элементах, усложняется процесс управления и снижается надежность инвертора. Наиболее близким к предлагаемому является инвертор, содержащий подключенный ко входным выводам тиристорный мост, между тиристорами каждой фазы которого включен соответствующий дроссель, соединенный концами с одними электродами диодов соответствующей фазы обратного диодного моста, причем другие . одноим ;нные электроды диодов, объединенные соответственно в анодную и катодную группы, подключены анодной группой через вентиль к отрицательному входному выводу, а катодной группой через другой вентиль - к положительному входному выводу, и соединены между собой через два согласно-последовательно включенных коммутирующих тиристора, общая точка которых соедин91а с одной обкладкой коммутирующего конденсатора, подключенного другой своей обкладкой к общей точке двух других коммутирующих тиристоров, соединенных со входными выводами.

Известное .устройство не требует подготовительного перезаряда конденсатора, имеет автоматическое ограничение напряжения конденсатора на уровне, близком к напряжению источника, обладает относительно малым числом коммутирующих элементов и не имеет перенапряжений на тиристоре прямого моста 5.

Основной недостаток этого устройства заключается в том, что в процессе перезаряда конденсатора ток коммутации протекает по трем ветвям, одновременно через все фазные дроссели, что приводит к необходимости увеличения их индуктивности, массы и габаритов. В период коммутации возникают повыщенные потери энергии.

Наряду с этим следует отметить, что оно не может использоваться в режиме управляемого выпрямителя и не позволяет регулировать величину напряжения конденсатора.

Цель изобретения - улучшение энергетических и массо-габаритных показателей за счет уменьщения индуктивности дросселей и коммутационных потерь энергии, а также расширение функциональных возможностей инвертора в результате использования его в качестве управляемого выпрямителя для заряда аккумуляторной батареи от сети переменного тока.

Указанная цель достигается тем, что соединение анодной и катодной щин обратного

моста с источником питания выполнено посредством управляемых вентилей, причем направление проводимости последних противоположно ЭДС батареи.

На фиг. 1 представлена схема инвертора; на фиг. 2 - пример диаграммы импульсов управления тиристорами и форма напряжения фазы; на фиг. 3 - диаграмма импульсов управления тиристорами и форма выходного напряжения при работе инвертора в качестве выпрямителя.

5 Принципиальная схема инвертора, содержит мост на тиристорах 1-6, обратный диодный мост на тиристорах 7-12, коммутирующий узел в составе тиристоров 13-16 и конденсатора 17, два тиристора 18 и 19 и фазные дроссели 20-22.

Инвертор работает следующим образом.

Перед начальным подключением инвертора к нагрузке конденсатор заряжают, для чего необходимо включать тиристоры 13 и 15 совместно с любым из тиристоров катодной группы моста тиристоров 2, 4, 6, или тиристоры 14 и 16 одновременно с любым из тиристоров анодной группы моста тиристоров 1, 3, 5. Выключение тиристоров 1, 3 и 5 происходит в процессе разряда конденсатора после включения тиристоров 13 и 15. Конденсатор разряжается через один из фазных дросселей и открытый тиристор из группы 2, 4 и 6. При этом напряжение конденсатора прикладывается к тиристорам 1, 3 и 5 в направлении, противоположном их проводимости, что приводит к эффективному восстановлению вентильных свойств. По окончании разряда конденсатора включается тиристор 18, через который разряжается энергия фаз активно-индуктивной нагрузки (23, 24 и 25).

Изменение задержки включения тиристора 18 позволяет управлять величиной напряжения конденсатора.

Для выключения тиристоров катодной 5 группы включают тиристоры 14 и 16, а после разряда конденсатора включают тиристор 19, назначение которого аналогично тиристору 18.

Таким образом, производится разряд конденсатора через один дроссель и создается возможность управления напряжением конденсатора в зоне значений, превосходящих напряжение батареи.

Пример диаграммы импульсовуправления тиристорами 1 -12 инвертора и форма напряжения фазы приведены на фиг. 2, где

t - относительное значение времени,

у-относительная длительность импульсов напряжения,

ЦЛ - напряжение источника питания.

Для заряда батареи необходимо отсоединить две фазы нагрузки и на освободившиеся зажимы подключить источник переменного тока.

Регулирование тока заряда производится изменением задержки включения тиристоров 18 и 19 относительно момента времени, при котором переменное напряжение заряда и становится равным напряжению аккумуляторной батареи Щ. При достижении соотношения U, U тиристоры 18 и 19 выключаются.

Диаграмма импульсов управления тиристоров 18 и 19 и форма выходного напряжении при работе инвертора в качестве управляемого выпрямителя дана на фиг. 3, где ПИ - первичные импульсы, УЗ - управляемая задержка, ИТ - импульсы управления вентилями, пет - интервалы проводящего состояния вентилей, ИН - импульс силового напряжения.

Формула изобретения

Трехфазный инвертор, содержащий подключенный ко входным выводам тиристорный мост, между тиристорами каждой фазы которого включен соответствующий дроссель, соединенный концами с одними электродами диодов соответствующей фазы обратного диодного моста, причем другие одноименные электроды диодов, объединенные соответственно в анодную и катодную группы, подключены анодной группой через вентиль к отрицательному входному выводу, а катодной группой через другой вентиль - к положительному входному выводу, и соединены между собой через два согласно-последовательно включенных коммутирующих тиристора, общая точка которых соединена с одной обкладкой коммутирующего конденсатора, подключенного другой своей обкладкой к общей точке двух других коммутирующих тиристоров, соединенных со входными выводами, отличающийся тем, что, с целью улучшения энергетических и массо-габаритных показателей, в качестве вентилей использованы тиристоры.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

научно-технической информации, ч. 4. К., «Наукова думка, 1973, с. 167.

Z4

2S

иг.1