Автономный инвертор напряжения Советский патент 1981 года по МПК H02M7/515 

(54) АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР НАПРЯЖЕНИЯ

1

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

Известны схемы инверторов с узлами коммутации, построенными на основе коммутирующей цепочки из конденсатора и дросселя 1 .

В подобных схемах увеличение фазности нагрузки приводит к увеличению количества коммутирующих конденсаторов и дросселей, снижению надежности и росту массогабаритных показателей устройства. Уменьщить количество коммутирующих реактивных элементов можно посредством трансформаторного разделения коммутирующей цепочки и основных тиристоров ViHBepTOpa 2.

Наиболее близкой по технической сущности является схема трехфазного автономного инвертора, содержащего подключенный ко входным выводам мост основных HpifCTOpoB, щунтированных обратньши диоам}1, общая точка которых связана через торичные обмотки коммутирующего трансорматора с одними электродами двухоперационных тиристоров, объединенных другими своими электродами в анодную и катодную группы, однофазный коммутирующий тиристорный мост, тиристоры анодной группы которого защунтированы обратными диодами, а в диагональпеременного тока включены последовательно соединенные коммутирующая LC-цепочка и первичная обмотка коммутирующего трансформатора, щунтированная встречно последовательно соединенными стабилитронами.

Потенциал1 ная развязка коммутирующей цепочки от основных тиристоров с помощью импульсного трансформатора и двухоперационных тиристоров в инверторе позволяет при минимальном количестве громоздких реактивных коммутирующих элементов обеспечить пофазную коммутацию основных тиристоров. Другим достоинством инвертора является возможность регулирования напряжения на коммутирующем конденсаторе без введения специального регулируемого источника питания. Такое регулирование позволяет изменять амплитуду коммутационного тока нагрузки, сохраняя тем самым высокий КПД устройства при малых токах нагрузки инвертора, например при холостом ходе асинхронного двигателя 3.

Одним из недостатков устройства следует считать то обстоятельство, что в инверторе имеет место пофазная коммутация основных тиристоров, которая в ряде случаев не позволяет обеспечить такой гармонический состав выходного напряжения инвертора, который достигается при повентильной коммутации тиристоров 4.

Другим недостатком является локальный перегрев структуры коммутирующих двухоперационных тиристоров на этапе их выключения, который связан с процессом сжатия анодного тока в узкий шнур и узколокализованным тепловыделением при запирании р-п-пр-п структуры импульсом тока управления 5.

Локальный перегрев, достигающий температуры порядка 400°С, приводит к большой тепловой перегрузке двухоперационных тиристоров.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства, заключающееся в осуществлении повентильной коммутации основных тиристоров инвертора, при одновременном повышении надежности за счет снижения тепловой перегрузки двухоперационных тиристоров.

Поставленная цель достигается тем, что в автономный инвертор напряжения, содержащий подключенные ко входным выводам мост основных тиристоров, шунтированных обратными диодами и последовательными цепочками, состоящими, каждая, из вторичной обмотки коммутирующего трансформатора и двухоперационного тиристора и однофазный коммутирующий тиристорный мост, тиристоры анодной группы которого зашунтированы обратными диодами, а в диагональ переменного тока включена коммутирующая LC-цепочка, последовательно с обратными диодами, шунтирующими ти|зисторы анодной группы коммутирующего моста, включены первичные обмотки коммутирующего трансформатора.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема 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 последовательными цепочками, состоящими из вторичных обмоток 13-18 импульсного трансформатора 19 двухоперационных тиристоров 20-25 работает на трехфазную нагрузку 216 и содержит однофазный мост из тиристоров 27-30, тиристоры 27 и 28 которого шунтированы обратными диодами 31 и 32.

Диагональ постоянного тока моста подключена к источнику питания инвертора, а диагональ переменного тока содержит коммутирующую цепочку 33, состоящую из конденсатора 34 и дросселя 35. Для расширения функциональных возможностей схемы при одновременном снижении тепловой перегрузки двухоперационных тиристоров 20-25

последовательно с диодами, щунтирующими тиристоры анодной группы коммутирующего моста, включены первичные обмотки 36 и 37 коммутирующего трансформатора 19. Инвертор работает следующим образом.

Пусть в начальный момент времени to открыты тиристоры 1, 3, 5, а коммутирующий конденсатор 34 заряжен при положительной полярности на правой обкладке. В момент времени t-i начинается процесс

коммутации тиристора 1. Для запирания тиристора 1 подают положительные управляющие импульсы на тиристоры 27 и 20. Конденсатор 34 начинает перезаряжаться по контуру 34-35-36-32-27-34 (фиг. 2а), а через тиристор 1 протекает ток i (фиг. 2в),

равный разности тока нагрузки фазы А-1д и тока указанного колебательного контура i, приведенного через коэффициент трансформации ко вторичной обмотке 13 трансформатора 19 (ток i на фиг. 26).

После момента времени tjTOK Лзи становится по величине больше тока 1 д и ток, равный их разности, переходит в диод 7, а тиристор 1 оказывается под обратным анодным напряжением и восстанавливает непроводящие свойства. На интервале времени tj,-1зток 1д возрастает до максимума и начинает спадать. В момент i, до того как ток iji, спадает до величины тока 1 / , подают отпирающий импульс управления на тиристор 30 и запирающий отрицательный импульс тока управления на двухоперационный тиристор 20. При отпирании тиристора 30 обмотка 36 через этот тиристор и диод 32, проводящий некоторое время в обратном направлении, подключается к источнику питания инвертора и на обмотке 13 возникает импульс напряжения с амплитудой Ес1Ктр . где Ктр - коэффициент трансформации, равный отношению числа витков обмотки 13 к числу витков в обмотке 36. Если Ктр 1, то тиристор 20 оказывается под обратным анодным напряжением величиной ЕС| (Ктр-1) 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 tj-tj), представляет собой последовательную цепочку, состоящую из источника питающего напряжения Е, источника импульсного напряжения Ктр , направленного встречно первому источнику и превышающего его по величине, проводящих в прямом направлении тиристора 30 и диода 10, по которому начинает протекать ток 1 и проводящих на интервале tj-tz, в обратном направлении тиристора 20 и диода 32; причем диод 32 выбирают таким, чтобы время жизни неосновных носителей в его базе (это время определяет величину накопленного в базе диода 32 избыточного заряда и скорость его спада) было больше времени жизни неосновных носителей в п-базе тиристора 20. Поэтому тиристор 20 первым в момент i восстанавливает непроводящие свойства в обратном направлении (фиг. 2е) и именно к нему в данный момент времени прикладывается практически все напряжение EeL (Ктр-. 1) в обратном направлении (фиг. 2ж), так как диод 32 в момент tj, еще имеет существенно меньщее .чем утиристора 20, сопротивление, в обратном Hianp-авлении из-за оставщегося в, нем избыточного заряда. Таким образом, импульс обратного анодного напряжения сохраняется на тиристоре 20 до момента tg, 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 ti-tj на фиг. 26). В момент 15 сопротивления диода 32 в обратном направлерти резко увеличивается и на обмотке 13 перестает наводиться напряжение Ed КТР , что приводит к появлению на тиристоре прямого напряжения Ed. (фиг. 2ж). Одновременно с процессом выключения тиристора 20, при отпирании тиристора 30 начинается процесс дозаряда конденсатора 34 по контуру 34-35-30. - источник питания инвертора 27-34. Наличие источника напряжения в. данном контуре позволяет восполнить потери энергии в коммутирующей LC-цепочке, имеющие место на интервале времени В момент t в ток ij О 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, спустя время задержки tjao - осуществляют отпирание тиристора 29 и подачу импульса отрицательного тока управления на двухоперационный тиристор, который запирается комбинированным способом, как запирается двухоперационный тиристор 20 на предыдущем коммутационном такте. Регулируемое время tja позволяет производить регулирование напряжения на конденсаторе 34, а значит и амплитуды тока в ком.мутирующей цепочке 33,Нто обеспечивает минимальные коммутационные потери при работе инвертора на изменяющуюся по величине нагрузку. Формула изобретения Автономный инвертор напряжения, содержащий подключенные ко входным выводам мост основных тиристоров, щунтированных обратными диодами и последовательными цепочками, состоящими, каждая, из вторичной обмотки коммутируюц его трансформатора и двухоперационного тиристора, и однофазный коммутирующий тиристорный мост, тиристоры анодной группы которого защунтированы обратными диодами, а в диагональ переменного тока включена коммутирующая LC-цепочка, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения надежности, первичные обмотки импульсного трансформатора включены последовательно с диодами, шунтирующими тиристоры анодной группы указанного .однофазного моста. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Забродин Ю. С. Узлы принудительной конденсаторной коммутации тиристоров М., «Энергия, 1974. 2.Патент США, 4060757, кл. 363-57, 3.Авторское свидетельство СССР № 564698 кл. Н 02 М 7/515 1975. 4.Лабунцов В. А.. Анализ и синтез тиристорных автономных 1нверторов напряжения, Дис. на соиск. уч. ст. д. т. н. МЭИ, 1973. 5.Аязян Р. Э. и др. Об ограничении переключаемой мощности в р-п-р-п структурах, выключаемых импульсом тока управления. «Физика и техника полупроводников, 1971, том. № 5 № 1, с. 141 - 143.

+ eJto

te