Автономный -фазный инвертор Советский патент 1981 года по МПК H02M7/515 

(54) АВТОНОМНЫЙ т-ФАЗНЫа ИНВЕРТОР

1

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к тиристорным. aBTOHOMHbJM инверторам напряжения. ,.

известны тиристорные мостовые инверторы с общим узлом коммутаций, осуществляющие попеременно принудительную коммутацию то анодной, то катодной группы тиристоров. Они отличаются жесткой внешней характеристикой за счет гальванической развязки коммутирующих и рабочих электромагнитных процессов в инверторе 1 и 2.

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 в основных тиристорах,усложнению узла коммутации за счет введения различных цепей сброса избыточной энергии коммутации и сложности устауовки, защиты инвертора по току.

Недостаток заключается также в пониженной помехоустойчивости схемы в связИч с появлением повышенных напряжений на коммутирующей индуктивности, превышающих величину напряжения питания инвертора.

Известны также инверторы с узлами коммутации, осуществляющими попвременную групповую коммутацию анодной и катодной группы тиристоров, реализующие последовательную коммутацию с независимым контуром перезаряда

л коммутирующего конденсатора З и 4 J.

Однако, содержащиеся в силовой цепи этих инверторов, коммутирующие дроссели обтекаются рабочим током нагрузки, что приводит к дополнительным потерям и снижению жесткости

5 внешней нагрузки.

Недостатком этих инверторов является также необходимость выбора прямого напряжения силовых тиристоров, равного двойному значению источника

0.питания, так как в момент начала перезаряда коммутирующего конденсатора до исходной полярности к закрытому силовому тиристору прикладывается двойное прямое напряжение, что ухуд5шает помехоустойчивость и снижает надежность работы устройства.

Наиболее близким к изобретению является т-фазный автономный инвертор, тиристоры каяодой стойки которо0го соединены между собой через дроссели« содержащие мост диодов обратного тока, а также 2т вспомогательных тиристора и два узла принудительной коммутации, каждый из которых -выполнен в виде цепочки из последовательно включенных развязывающего вентиля, вспомогательного . дросселя и коммутирующего конденсатора, к Обкладкам которого через встречно-параллельно включенные коммутирующий тиристор и перезарядный вентиль подключена-отпайка коммутирующего дросселя, причем указанные цепочки подключены к шинам питания инвертора, одна обмотка одного коммутирующего конденсатора первого узла принудительной коммутации связана с точкой объединения электродов кагодной группы тиристоров, а обкладка крммутирукндего конденсатора второго узла принудительной коммутации связана с точкой объединения электродов анодной группы тиристоров инвертора, а также катоды тиристоров анодной группы через m вспомогательных тиристоров и 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 коммутирукяцего дросселя второго узла принудительной коммутации к т-очке объединения электродов тиристоров анодной группы. Известный инвертор с двумя узлгили принудительной, коммутации, соответственно для анодных и катодных тиристоров реализует последовательную коммутаци с независимым контуром перезаряда коммутирунядего конденсатора

Недостатками известного инвертора являются повышенное число обмоточных элементов, увеличенные массо-габаритные показатели и низкая технологичность производстваинверторов. Так, в инверторе предусматривается m демпфирующих дросселей, которые введены с целью исключения шунтирующего действия диодов моста обратного тока на .величину обратного восстанавливающего напряжения, прикладываеъюго к сиЛО9ЫМ тиристорам, а также ограничения величины параметра на силовых тиристорах dU/dt. Повышенная технологичность и массо-габаритные показатели инвертора связаны прежде всего с тем, что демпфирующие дроссели выполняются с тремя промежуточнЕШИ от- водёили, четыре полуобмотки которых с целью эффективного вывода избыточной энергии через диоды моста обратного тока в цепь источника питания должны иметь высокую магнитную ssaимосвязь. Кроме того, в процессе сброса запасенной энергии из-за изменения полярности напряжения на зажимах демпфирующих дросселей, несмотря на их кратковременность, силоВые тиристоры следует выбирать исходя из двойного прямого напряжения источника питания, что приводит к росту установленных мощностей полупроводниковых элементов инвертора.

Цель изобретения - уменьшение массо-габаритных показателей инвертора и улучшение его технологичности.

Поставленная цель достигается тем, что автономный инвертор, содержащий тиристорный га-фазный мост и диодный т-фазный мост обратного тока, два узла принудительной коммутации, каждый из которых выполнен в виде цепочки из последовательно включенных развязывающего вентиля, вспомогательного дросселя и коммутирующего конденсатора, точка соединения одной обкладки которого со вспомогательным дросселем через встречно-йаргшлельно включенные коммутирующий тиристор и перезарядный вентиль подключена к отпайке обмотки коммутирующего дросселя, а указанные цепочки подключены к входным выводам, причем вторая обкладка коммутирующего конденсатора совместно с одним крайним выводом коммутирующего дросселя первого узла коммутации соединена с отрицательным входным внводом, а вторая обкладка коммутирующего конденсатора совместно с одним крайним выводом коммутирующего дросселя второго узла коммутации соединена с положительным входным выводом, а также 2т вспомогательных тиристоров, причем катоды тиристоров анОдной группы юcтa через m вспомогательных тиристоров в непроводящем направлении подключены к второму крайнему коммутирующего дросселя первого узла коммутации, а аноды тиристоров катодной группы моста через другие m вспомогательных тиристоров в проводящем направлении подключены к второму крайнему выводу коммутирующего да осселя второго узла коммутации, два дёштфирующих дросселя, снабжен двумя вспомогательными диодами, а демпфирующие дроссели выполнены двухоб{«оточныгли, одни обмотки которых включены между входными выводами и тиристорным мостОм и шунтированы вспомогательными диодами, включенными в обратном направлении, а выводы постоянного тока тиристорного моста соединены с выводами постоянного тока через вторые обмотки демпфирующих дросселей.

Кроме Tofo, при работе инвертора в области высоких частот он снабжен двумя вспомогательными диодами, а двухобмоточные дроссели снабжены дополнительными обмотками, каждаяиз которых последовательно с одним из вспомогательных диодов в непровоп тем направленииподключена к входны выводам. На фиг. 1 -изображена схема инвер тора; на фиг. 2 - то же, для работы в области высоких частот; на фиг. 3 то же, вариант выполнения. Инвертор содержит т-фазный мост на тиристорах 1-6; диоды 7-12 моста Обратного тока; две группы 13 и 14 вспомогательных .-ти)ристоров, первая из которых на тиристорах 15-17 подключена катодами к катодам тиристоров 1-3 анодной группы , а вторая группа вспомогательных тиристоров 1 20 подключена анодами к анодам тиристоров 4-6 катодной. группы|два уз ла 1 и 22 принудительной ко1 утаци каждый из которых содержит коммутир щие конденсаторы 23 и 24, подключен ные к входным выводам через вспомогательные дроссели 25 и 26 и развязывающие вентили 27 и 28, а также подсоединенные одной обкладкой к од ному крайнему выводу коммутирующего дросселя 29 и 30 непосредственно, а к его промежуточному отводу - чере коммутирующие тиристоры 31 и 32, шун тированные в обратном направлении диодами 33 и 34, при этом вторым крайним выводом коммутирующие дроссели 29 и 30 соответственно подключены к анодам (катодам) первой (второй) группы вспомогательных тиристоров, источник 35 питания; обмотки 36 и 37 демпфирующих дросселей, через которые тиристорный мост подключен к шинам источника питания; обмотки 38 и. 39 демпфирующих дросселей через которые диодный мост обратного тока подключен к выводам постоянного тока тиристорного мостаг вспомога1 тельные 4О. и 41 диоды,.шунтирующие обмотки демпфирукяцих дросселей. При работе в области высоких частот (фиг. 2) демпфирующие дроссели с обмотками 36 и 37 снабжены допол-г нительными обмотками 42 и 43, каждая из которых последовательно с одним из вспомогательных диодов 44 и .45 в непроводящем направлении включена между входными выводами. В исходном положениикоммутирующие конденсаторы 23 и 24 заряжены практически до напряжения источника питания. В общем случае в каждом пле че инвертирования включен всегда один из силовых тиристоров. : Согласно очередности следования интервсшов повторяемости работы мостового инвертора пусть открыты тирис торы 1, 2 и 6. Для выключения тирист ра 1 подают открывающие импульсы управления на коммутирующий тиристор 3 и вспомогательный тиристор 15. При включении коммутирующего тиристора 31 к одной из обмоток коммутирующего дросселя 29 прикладывается напряжени коммутирующего конденсатора 23. Непосредственно на дросселе 29 за счет магнитной связи первой и второй полуобмоток наводится напряжение, превышающее напряжение источника питания. Напряжение дросселя 29 прикладывается через включенный вспЬмогате|(ь .ный тиристор 15 непосредственно к катоду тиристора 1 и через источник 35 питания и вспомогательный диод 40 к его аноду. Тем самым достигается принудительное выключение тиристора 1. Вследствие индуктивной реакции нагрузки ток тиристора 1 переводится в цепь диода 7. Так как диод 7 моста обратного тока включен параллельно выключенному тиристору 1 через обмотку 38, исключается шунтирующее действие диода 7 на величину обратного восстанавливающего напряжения прикладываемого к тиристору 1. Коммутирующий конденсатор 23 колебатально перезаряжается до противоположной полярности напряжения, а затем через первую обмотку коммутирующего дросселя 29 и диод 33 до исход.ной полярности напряжения, -после чего осуществляется дозаряд конденсатора 23 через вспомогательный дроссель 25 и развязывающий вентиль 27 до величины напряжения источника питания. При этом по мере разряда и перезаряда конденсатора 7 восстанавливают управля ощне свойства вспомогательный тиристор 15 и коммутирующий тиристор 31. При срабатывании узла 21 коммутации может быть осуществлено либо принудителькое выклк чемие любого из анодных тиристоров 1-3 каждой стойки моста, либо одновременное выключение нескольких тиристоров анодной группы, например тиристоров 1 и 2, что достигается соответствующей подачей открывающих импульсов управления на коммутирующий тиристор 31 и иа тиристоры 15 и 16. Аналогично осуществляется процесс . принудительного выключения катодных тиристоров с помощью второго узла коммутации путем подачи импульсов управления одновременно на коммутирующий тиристор ЗТ и вспомогательные тиристоры 18-20 йторой группы. Параметры демпфирующих дросселей 36 и 37 связаны только с ограничением величины dU/dt на силовых тирис торах инвертора, и так как .энергия, запасаемая ими, незначительна, она рассеивается на диодах 40 и 41, Назначением диодов 40 л 41 также является беспрепятственный перевод мощности из цепи нагрузки в цепь источника питания, а также че.рез диоды 40 и 41 прикладывается обратное восстанавливающее напряжение к силовьлм тиристорам инвертора, минуя демпфирунедие дроссели. Назначением обмоток 38 и 39 демпфирующих дросселей является исключение шунтирующего действия диодов моста обратного тока на -величину обратного восстанавливающего напряжения, прикладываемого к тиристорам. В то же время на участках проводимос ти диодов моста обратного тока, вызванных обменом реактивной мощности между фазами нагрузки, энергия в обмотках 38 и 39 демпфирующих дросселей связана только с величиной проходящих токов, а не с длительностью участков их проводимости. Так как индуктивности обмоток 38 и 39 имеют малый порядок (около 10 мкГ), запасаемая энергия в обмотках 38 и 39 дросселей за счет магнитной связи переводится в первые обмотки, после чего рассеивается на диодах 40 и 41. При работе инвертора и области вы соких частот энергию, накапливаемую в первичных и вторичных обмотках дем фирующих дросселей на участках комму тации, переводят в источник питания с целью улучшения энергетических, показателей инвертора. Это осуществляется (фиг. 2) введением дополнительных обмоток 42 и 43 дросселей, которые через вспомогательные диоды 44 и 45 подключены к входным выводам. Причем сброс энергии производится, как с первых,так и со вторых обмоток демпфирующих дросселей. Если числа витков первых и вторых обмоток в;ыбираются, например, равными, выбором числа витков на дополнительных обмот ках дросселя (целесообразно их выбирать в соотношении 1:3 и 1:5 ограничиваются величины перенапряжений в момент сброса энергии на силовых тиристорах и диодах моста обратного то ка. В некоторых случаях вместо вторых обмоток демпфирующих дросселей могут бытьвключены резисторы 46 и 47 (фиг. 3). Величины резисторов выбира ются небольшие, так как на них рассеивается незначительная мощность, связанная в основном с осуществлением принудительной кo v мyтaдии силовых тиристоров. Формула изобретения 1. Автономный т-фазный инвертор, содержащий связанные с входными выводами тиристорный т-фазный мост и диодный т-фазный мост обратного тока, два узла принудительной коммутации, каждый из которых выполнен в виде цепочки из последовательно вклю ченных развязывающего вентиля, вспомогательного дросселя и коммутирую-. щего конденсатора, точка соединения одной обкладки : оторого .со вспомогательным дросселем через встречно-параллельно включенные коммутирующий т ристор и .перезарядный вентиль подклю чена к отпайке обмотки коммутирую1дег дросселя, а указанные цепочки подклю чены к входным выводам, причем втррая обкладка коммутирующего конденсатора совместно с одним крайним выво-1 дом коммутирующего дросселя первого узла коммутации соединена с отрицательным входным выводом, а вторая обкладка коммутирующего конденсатора совместно с одним крайним выводом коммутируквдего дросселя второго узла коммутации соединена с положительным входным выводом, а также 2т вспомогательных тиристоров, причем катоды тиристоров анодной группы моста через m вспомогательных тиристоров в непроводящем направлении подключены к второйу крайнему выводу коммутирующего дросселя первого узла коммутации, а аноды тиристоров катодной группы моста через другие m вспомогательных тиристоров в проводящем направлении подключены к второму крайнему выводу коммутирующего дросселя второго узла коммутации, две демпфирующих дросселя, отличающийся тем, что, с целью уменьшения массо-габаритных показателей и улучшения технологичности, он снабжен двумя вспомогательными диодами, а демпфирующие дроссели выполнены двухобмоточными, одни обмотки которых включены между входными выводами и тиристорным мостом и шунтированы вспомогательными диодами, включенными в обратном направлении, а выводы постоянного тока тиристорного моста соединены с выводами постоянного тока через вторые обмотки демпфируггщих дросселей. 2. Инвертор по п. 1, о т л и чающийся тем, что при работе инвертора в области высоких частот, он снабжен двумя вспомогательными диодами, а двухобмоточные дроссели сн.абжены дополнительными обмотками, каждая из которых последовательно с одним иэ вспомогательных диодов в непроводящем направлении подключена к входным выводам. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Забродин Ю.С. и Шевченко Г.Н. Инверторы напряжения с общим коммутирующим устройством. Труды МЭИ, Доклады научно-технической конференции по итогам научно-исследовательских работ за 1966-67 гг. М., 1967, с. 47-65. 2.Забродин Ю.С. Узлы принудительной конденсаторной коммутации тиристоров. М., Энергия, 1974. 3.Житков М.А. и Добрускин В.А. Регулируемый трехфазный инвертор напряжения с групповой коммутацией. Сб. Современные задачи преобразовательной .техники, Киев, Наукова думка, 1975. 4.Авторское свидетельство СССР № 284113, кл. Н 02 Р 5/16, 1969. 5.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2618985/07, кл. Н 02 М 7/515, 1978.

.2

37

ff

35

41

jW4

36

Jt7

фиг. 5