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

1

Изобретение относится к электро|технике 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.

Однако в данных увеличение фазноети нагрузки приводит к увеличению количества коммутирующих конденсаторов и дросселей, снижению надежности и росту массогабаритных показателей устройства.

Уменьшить количество реактивных элементов можно посредством трансформаторного разделения коммутирующей цепочки и основных тиристоров инвертора 2,

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности |является схема трехфазного автономного инвертора, содержащего трехфазный мост из основных тиристоров, шунтированных обратными диодами, параллельно каждому из которых подключены через двухоперационные тиристоры вторичные обмотки коммутирующего импульсного трансформатора, и одн.офазный коммутирующий тиристорный мост, тиристоры анодной группы кото рого зашунтированы обратными диодами с последовательно подключенными к ним первичными обмотками указанного импульсного трансформатора 3. Потенциальная развязка коммутирующей цепочки от основных тиристоров с помощью импульсного трансфор0матора и двухоперационных тиристоров в данном инверторе при минимальном числе громоздких реактивных кoiviMyтирующих элементов обеспечивает повентильную коммутацию ос5новных тиристоров , при которой достигается хороший гармонический состав кривой выходного напряжения, а также возможность регулирования напряжения на коммутирующем конденсаторе

0 без введения специального регулируемого источника питания. Такое регулирование изменяет амплитуду коммутационного тока в зависимости от величины тока нагрузки, сохраняя

5 тем сг1мым высокий КПД устройства при малых токах нагрузки инвертора, например при холостом ходе асинхронного двигателя. Нреимуществом инвертора является также устранение лоС (кального перегрева структуры коммутирующих двухоперационных тиристоро связанного с процессом сжатия анодного тока в узкий шнур при запирании посредством комбинированного выключения этих тиристоров 4 и 5

Недостатком данного устройства является возможность одновременного отпирания обоих тиристоров в вентильном плече однофазного коммутирующего мсхзта, вызванная сбоем в системе управления или эффектом diU/d-fc при отпирании одного коммутирющего тиристора вентильного плеча. Это приводит к образованию короткозамкнутой цепочки, шунтирующей истоник питания инвертора и, следователно к срыву инвертирования, что снижает надежность работы инвертора

Цель изобретения - повышение надежности работы инвертора за счет существенного снижения возможности закорачивания источника питающего напряжения через вентильные плечи однофазного тиристорного моста.

Поставленная цель, достигается тем, что в автономный инвертор напржения, содержащий подключенный ко входным выводам мост основных тиристоров, шунтированных обратными диодами и последовательными цепочками, состоящими, каждая из вторичной обмотки коммутирующего трансформатора и двухоперационного тиристора, прлчем один конец первичной обмртки трансформатора соединен с анодом дополнительного диода, катод которого подключен к положительному вхоному выводу, соединенному с анодной группой однофазного коммутирующего моста, коммутирующей LС-цепочкой в диагонали переменного тока, снабж дозарядным тиристором, включенным между катодной группой однофазного тиристорного моста, соединенной со вторым концом первичной обмотки коммутирующего трансформатора, и отрицательным входным выводом.

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

трехфазный инвертор с основными тиристорами 1-6, шунтированными обратными диодами 7-12 и последовательным соединением вторичных обмоток 13-18 импульсного коммутирующего тpaнcфopмaтJOpa 19 с двухоперационными тиристорами 20-25 работает на трехфазную нагрузку 26 и содержит однофазный мост из коммутирующих тиристоров 27-30, к диагонали переменного тока которого подключена коммутирующая цепочка 31 из конденсатора 32 и дросселя 33, а к диагонали постоянного тока - последовательно соединенные первичная

обмотка 34 трансформатора 19 и дополнительный низкочастотный диод 35. Между катодной группой однофазного моста и отрицательным выводом источни| а питания инвертора включен дозарядный. тиристор 36,

Инвертор работает следующим образом.

Пусть в начальный момент t откры тиристоры 1, 3, и 5, а коммутирующи конденсат.ор 32 заряжен при положительном потенциале на правой обхладке. В момент t начинается процесс коммутации тиристора 1. Для запирания тиристора 1 подаиот положительны управляющие импульсы на тиристоры 20, 27. и 30. Конденсатор 32 начинае перезаряжаться по контуру 32-33-3034-35-27-32 (фиг, 2, а), а через тиристор 1 протекает ток i (фиг, 2, в), равный разности тока нагрузк фазы A-JA И тока указанного колебательного контура 132. приведенного через коэффициент трансформации ко вторичной обмотке 13 трансформатора 19 (-т)2 , ф.иг, 2, б). После момента t-j ток ,2 становится по величине больше тока 1А и ток, равный их разности, переходит в диод 7, а тиристор 1 оказывается под обратным анодным напряжением и восстанавливает непроводящие свойства. На интервале t-j до того, как ток 13,2 спадает до величины тока 1А, подают отпирающий импульс управления на тиристор 36 и запирающий отрицательный импул тока управления на двухоперационный тиристор 20. При отпирании тиристор 36 обмотки 34 через этот тиристор и диод 35, проводящий некоторое время в обратном направлении, подключается к источнику питания и на обмотке 13 возникает тлыпупъс напряжения с амплитудой ЕсЗ-Кт-р, где К-рркоэффициент трансформации, равный отношению числа витков обмотки 13 к числу витков обмотки 34. Если К-гр, то тиристор 20 оказывается под обратным анодным напряжением Ea(K-rp-l) ,которое совместно с импульсом отрицательного тока управления приводит к комби:яированному выключению двухоперационного тиристора 20.

Эквивалентная схема, приведенная к обмотке 13 трансформатора 19 на этсше выключения тиристора 20 (интервал t) представляет собой последовательную цепочку, состоящую из источника питающего напряжения ЕО|, источника импульсного напряжения ЕД-Ктр/ направленного встречно-первому источнику и превышающего его по величине, проводящих в прямом направлении тиристора 36 и диода 10, по которому начинает протекать ток 1А, и проводящих на интepвaлet-J д в обратном направлении тиристора 20 и диода 35,

причем диод 35 выбирают таким, чтобы время жизни неосновных но,сителей в его базе (это время определяет величину накопленного в баз диода 35 избыточного заряда и скорость его спада).было больше времени жизни неосновных носителей в п-базе тиристора 20. Поэтому тиристор 20 первым в момент t4 восстанавливает непроводящие свойства в обратном направлении (фиг.. 2, е) Именно к нему в данный момент прикладывается практически все напряжение в обратном направлении (фиг. 2, ж) , так как диод 35 в момент. t4. еще имеет существенно меньшее, чем у тиристора 20 сопротивление в обратном направлении из-за оставшегося в нем избыточн ,го заряда. Импульс обратного анодного напряжения сохраняется на тиристоре 20 до момента tg, когда заканчивается процесс снижения до равновесного значения заряда неосновных носителей в базе диода 35, накопленного во время протекания через этот диод прямого анодного тока (интервал t 4- t3 на фиг. 2, г) . В момент t 5 сопротивление диода 35 в обратном направлении резко увеличиваетс и на обмотке 13 перестает наводиться напряжение ,,что приводит к появлению на тиристоре прямого напряжения Eg (фиг. 2, ж).

Одновременно с процессом выключения тиристора 20, при отпирании тиристора 36, начинается п оиесс дозаряда конденсатора 32 по контуру 32-33-30-ЗС - источник питания инвертора - 27-32. Наличие источника напряжения в данном контуре позволяет восполнить потери энергии в коммутирующей Lc-цепочке, имеющие место на интервале времени

t,- tg.

В момент t TOKL-J2. 0 и тиристоры 27, 30 и 36 выключаются, после чего возможна коммутация очередного основного тиристора инвертора.

В следующий коммутационный такт сначала осуществляют отпирание тиристоров 28, 29 и двухоперационного тиристора, шунтирующего очередной запираемый основной тиристор инвертора, а затем спустя время задержки 1 t - t осуществляют отпирание управления на двухоперационный тиристор, который запираетс комбинированным способом, как запирался двухоперационный тиристор 20 на предыдущем коммутаци онном такте. Регулирование времени t-j, позволяет, как и в противопоставляемом устройстве, производить регулирование напряжения на конденсаторе 32, а значит и амплитуды тока в коммутирующей цепочке 31, что обеспечивает минимальные коммутационные

. потери при работе инвертора на из- меняющуюся по величине нагрузку. В данном устройстве обеспечивается подача кратковременного импульса обратного анодного напря- жения на интервале выключения двухоперационного тиристора, поскольку совместное воздействие импульсов отрицательного тока управления и обратного анодного напряжения (так называемое комбинированное вы0ключение тиристора) придает процессу выключения одномерный характер, что устраняет локальный перегрев р-п-р-л-структуры, и существенно уменьшает тепловую перегрузку двухS операционных тиристоров 20-25,

благодаря чему удается в пять-восемь раз повысить мощность, коммутируемую этими тиристорами, по сравнению с их выключением только по

0 управляющему электроду. I

Преимуществом данного устройства

является существенное снижение возможности закорачивания источника питающего напряжения через вентильные плечи однофазного комм тирующего тиристорного моста, поскольку этот мост подключен к источнику питающего напряжения не непосредственно, а черей дозарядный тиристор. Кроме

Q того, наличие одной первичной обмотки Е трансформаторе 19, вместо двух , упрощает конструкцию этого трансформатора и делает магнитную связь между его первичной и вторичными

обмотками более сильной и симметричной. Это приводит к одинаковым условиям запирания основных 1-6 и коммутирующих 20-25 тиристоров, т.е. повышает надежность работы инвертора.

0

Формула изобретения

Автономный инвертор напряжения,

содержащий подключенный ко входным выводам трехфазный мост основных тиристоров, шунтированных обратными диодами и последовательными цепочками, состоящими, каждая, из вторичной обмотки комглутирующего трансформатора и двухоперационного тиристора, причем один конец первичной обмотки трансформатора, соединен с анодом дополнительного диода,

катод которого подключен к положительному входному выводу, соединенному с анодной группой однофазного коммутирующего тиристорного моста с коммутирующей Lc-цепочкой в диагонали переменного тока, о т л ичающийс я тем, что, с целью повышения надежности работы, он снабжен дозарядным тиристором, включенным между катодной группой одно,фазного тиристорного моста, соелине 1ной со вторым концом первичной.

обмотки коммутирующего трансформатора, и отрицательным входным выводом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Забродин Ю.С. Узлы принудительной конденсаторной коммутации тиристоров. М., Энергия, 1974,

2.Авторское свидетельство СССР 572884, кл. Н 02 М 7/515, 1975.

3.Авторское свидетельство СССР по заявке 2766429,кл.Н 02 М 7/515 17.05.79.

4. Аязян Р.Э.. и др. Об ограничен переключаемой мощности в р-п-р-пт структурах,,.- включаемых импульсом

Физика и техтока управления, ника полупроводников

1971, 1, том. 5, с. 141-143.

5. Булатов О.Г. Одынь С.В. Двухоперационные тиристоры с комбинированной коммутацией в режиме больших анодных токов. Электрическая промышленность. Серия Преобразовательная техника , Информэлектро, 1972, вып. 7/78, с.3-5.

S 6

М Uio

t6