Тиристорный инвертор Советский патент 1981 года по МПК H02M7/515 

1

Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для частотного управления асинхронными электродвигателями.

Известны тиристорные инверторы с транзисторным гашением, содержащие силовой трансформатор, к отвода выходной обмотки которого подключен транзисторы. В указанных инверторах отсутствуют коммутирующие конденсаторы, и потери энергии в коммутирующей цепи незначительны 1.

Недостатком данных инверторов является ограниченная выходная мощность, которая определяется параметрами транзисторов, а они значительно уступают параметрам выпускаемых тиристоров.

Известны тиристорные инверторы, в которых для гашения тиристоров используется, заряженный конденсатор, подсоединяемый тем или другим способом к выключаемому тиристору 2 и 3 .

Однако в коммутирующих устройствах указанных схем, как правило, протекают значительные пиковые токи или частотный диапазон этих схем не превышает сотен герц. Массо-габаритные показатели этих коммутирующих устройств получаются значительными по отношению к показателям всей установки.

Наиболее близок по технической сущности к предлагаемому инвертор напряжения с общим узлом коммутации, содержащий мост рабочих тиристоров, мост коммутирующих тиристоров и

0 диодный мост обратного тока, причем выводы переменного тока всех указанных мостов пофазно соединены между собой и к ним подключен асинхронный двигатель, выводы постоянного тока моста рабочих тиристоров и диодного моста обратного тока подключены к регулируемому источнику постоянного напряжения, а выводы постоянного тока моста коммутирующих тиристоров через ограничивающий резистор подключены к источнику коммутирующего напряжения, причем одновременно на эти выводы подключена коммутирующая LC-цепочка {4.

5

Недостаток этой схемы состоит в том, что коммутирующая цепочка, рассчитанная на коммутацию пусковых токов, после окончания режима пуска работает в неоптимальном режиме,

0 циркулирующие в ней токи в 7-15 раз

превышают номинальные токи асинхрон него двигателя-.

Если учесть, что коммутирующая LC-цепочка работает с шестикратной частотой.и потери в ней резко возрастёцот с частотой, то становится цел есообраэным для пуска асинхронных электродвигателей мощностью в 1-3 кВт использовать комбинированную систему коммутации., Система коммутатации состоит из конденсаторного коммутирующего устройства и транзисторного . Конденсаторное коммутирующее устройство обеспечивает нормальную работу преобразователя с большими пусковыми токами и при перегрузках по току, так как время работы этого устройства мало, то оно выполняется из элементов, имеющих минимальные массо-габаритныепоказатели. В номинальном режиме работа схема транзисторной коммутации, обеспечивающая минимальные потери при коммутации.

Цель изобретения - расширение частотного диапазона и повышение КПД.

Поставленная цель достигается тем, что тиристорный инвертор, содержащий мост основных тиристоров и мост вентилей обратного тока, шинами постоянного тока подключенный к вторичному источнику постоянного напряжения, мост коммутирующих тиристоров, шинами постоянного тока связанный со вспомогательным источником коммутирующего напряжени причем выводы переменного тока всех мостов подключены к соответствую- щим выходным выводам инвертора, а также коммутирующую цепь и блок управления тиристорами мостов, включающий в себя задающий генератор и .распределитель импульсов, снабжен ключом в виде согласно-параллельно включенных тиристора и транзистора, который включен в цепь между одной из шин постоянного тока моста Коммутирующих тиристоров и соответствующим выводом вспомогательного источника коммутирующего напряжения, в эту цепь включен введенный ограничивающий индуктивный эле.мент, упомянутая коммутирующая цепь выполнена в виде конденсатора, между обкладкс1ми которого включена цепочка из последовательно соединенных первого перезарядного дросселя и перезарядного тиристора, параллельно последнему подключена вторая цепочка из последовательно соединенных второго перезарядного дросселя-и диода, причем зта коммутирующая цепь подключена к одной шине постоянного тока моста коммутирующих тиристоров непосредственно, а к другой шине - через указанный ключ.

При этом вентили моста обратного тока выполнены управляемыми.

Кроме того инвертор снабжен шестивходовым логическим элементом ИЛИ, входами подключенным к соответствующим выходам блока управлени тиристорными мостами, двумя двухвходовыми .логическими1 элементами И, одни входы которых подключены к выходу шестивходового логического элемента ИЛИ, двухвходовым логическим элементам ИЛИ, каждый вход которого подключен к выходу одного из двух введенных реле времени, его выход подключен к другому входу первого логического элемента И непосредственно, а к другому входу второго логического элемента И через введенный логический элемент НЕ, а также двумя узлами формирования управляющих импульсов, узлом задержки и датчиком тока, установленным в шине постоянного тока моста вентилей обратного тока, причем выход датчика .тока подключен ко входу одного из реле времени, управляющие входы тиристора упомянутого ключа и перезарядного тиристора коммутирующей цепи подключены соответственно через один узел формирования управляющих импульсов и Через блок задержки с выходом первого логического элемента И, а выхо второго логического элемента И через второй узел формирования управляющих импульсов подключен к управляющему входу транзистора указанног ключа.

На фиг, 1 представлена принципиальная схема предлагаемого инвертор на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие алгоритм формирования управляющих импульсов ключевыми элементами инвертора.

Инвертор, содержит мост основных тиристоров 1-6, мост тиристоров 7-12 обратного тока, мост коммутирующих тиристоров 13-18, выводы переменного тока указанных мостов пофазно соединены между собой и образуют выход преобразователя. Клю из параллельно соединенных тиристора 19 и транзистора 20 соединен последовательно с ограничивающей индуктивностью 21, включенной,в цепь постоянного тока источника 22 коммутирующего напряжения. Коммутирующая цепь представляет собой параллельное соединение конденсатора 23, зашунтированного цепочкой из последовательно соединенных перезарядных индуктивности 24 и тиристора 25 зашунтированного цепочкой из последовательно соединенных второй перезарядной индуктивности 26 и диода 27, подключена одним концом к источнику 22 коммутирующего напряжени а другим - к точке соединения индуктивности 21 и транзистора 20.

Управляющий вход транзистора 20 через первый формирователь 28 управляющих импульсов соединен с выходом логического элемента И 29, один из входов которого соединен с выходом щестивходового логического элемента ИЛИ 30, а другой - через логический элемент НЕ 31 с выходом двухвходового логического элемента ИЛИ 32 и с одним из входов другого логического элемента И 33, другой вход которого соединен с выходом шестивходового логического элемента ИЛИ 30. Выход логического элемента И 33 соединен через блок 34 задержки с управляющим входом тиристора 25 коммутирующей цепочки и одновременно выход логического элемента И 33 через второй формирователь 35 управляющих импульсов соединен с управляющим входом тиристора 19, подключенного параллельно транзистору 20, а входы шестивходового логического элемента ИЛИ 30 соединены с одной и групп выходов задающего генератора 36, другая группа выходов которого соединена с управляющими входами тиристорных мостов 1-6, 7-12, 13-18 Сигнальная цепь датчика 37 тока установленного в цепи постоянного тока регулируемого источника 38 постоянного напряжения, соединена через реле 39 времени с одним из входов двухвходового логического элемента ИЛИ 32, другой вход которого соединен с выходом другого реле 40 времени.

Схема работает следующим образом.

При включении преобразователя на управляющие входы основных тиристоров 1-6, тиристоров 7.-12 обратного тока коммутирующих тиристоров 13-18 и на входы шестивходового логического элемента ИЛИ 30 подаются импульсы управления от блока 36 управления. Одновременно начинает работать реле 40 времени, которое своими контактами подает сигнал на один из входов двухвходового логического элемента ИЛИ 32. С выхода этого элемента сигнал поступает на вход логического элемента НЕ 31 и на один из входов логического элемента И 33, на другой вход которого поступают импульсы с выход шестивходового логического элемента ИЛИ 30. С выхода логического элемента И 33 импульсы управления поступают на блок 34 задержки и на блок 35. С выхода последнего импульс поступает на управляющий вход тиристора 19, ас выхода блока 34 задержки через время задержки, равное времени выключения основных тиристоров, импульс управления поступает на перезарядный тиристор 25. Как только на входе тиристора 19 появляется импульс напряжения, он

открывается и напряжение конденсатора 23 через коммутирующие тиристоры 13-18 прикладывается к выходам переменного тока моста рабочих тиристоров. Разность напряжений конденсатора 23 и регулируемого источника 38 постоянного напряжения прикладывается с обратным знаком к закрываемому основному тиристору. Через время,равное времени выключения основных тиристоров, на

0 -управляющем входе перезарядного тиристора 25 появляется импульс управления, который гго открывает. Это приводит к образованию дополнительной цепи перезаряда конденса5тора 23 через индуктивность 24 и тиристор 25. Напряжение на обкладках конденсатора меняет знак, а это в свою очередь вызывает выключение коммутирующих тиристоров 13-18

0 и тиристора 25. Первоначальная полярность напряжения на обкладках конденсатора 23 восстанавливается по цепям: конденсатор 23 - диод 27 индуктивность 26 - индуктивность 24 и другая цепь: конденсатор 23 - ис5точник 22 коммутирующего напряжения - индуктивность 21.. Реле 40 времени, закончив работу, отключает управляющий сигнал со входов логических элементов ИЛИ 32 и НЕ 31,

0 что приводит к прекращению подачи импульсов на тиристоры 25 и 19, а импульсы управления с выхода шестивходового логического элемента ИЛИ 30 начинают поступать через логичес5кий элемент И 29 и блок 28 управления на вход транзистора 20. При работе .инвертора в режиме перегрузки по току сигнал с датчика 37 тока включает реле 39 времени, которое

0 обеспечивает подачу импульсов управления на управляющие входы тирис.торов 19 и 25 и прекращает подачу импульсов управления на управляющий вход транзистора 20..

Предлагаемый инвертор удачно со5четает достоинства.преобразователей с конденсаторной и с транзисторной коммутацией. Так как при транзисторной коммутации транзистор работает, в импульсном режиме, то можно

0 максимально использовать его импульс в свойства по току, при этом по. --5Й на коммутацию минимальные. Конденсаторная коммутация позволяет коммутировать большие токи, но по5тери на коммутацию при этом выше. Разнесение времени работы конденсаторного коммутирующего устройства и транзисторного позволяет повысить энергетические показатели всего устройства.

0

Формула изобретения

1. Тиристорный инвертор, содержа5щий мост основных тиристоров и мост

вентилей обратного тока, шинами постоянного тока подключенный к вторичному источнику постоянного напряжения, мост коммутирующих тиристоро шинами постоянного тока связанный со вспомогательным источником коммутирующего напряжения, причем выводы переменного тока всех мостов подключены к соответствующим выходным выводам инвертора, а .также коммутирующую цепь и блок управления тиристорами мостов, включающий в себя задающий генератор и распределитель импул7:зсов, отличающийс я тем, что, с целью расширения частотного диапазона и повышения КПД, он снабжен ключом в виде согласнопараллельно включенных тиристора и транзистора, который включен в цепь между одной из шин постоянного тока моста коммутирующих тиристоров и соответствующим выводом вспомогательного источника коммутирующего напряжения, в эту же цепь включен введенный ограничивающий индуктивны элемент, упомянутая коммутирующая цепь выполнена в виде конденсатора, между обкладками которого включена цепочка из последовательно соединенных первого перезарядного дросселя и перезарядного тиристора, параллелно последнему подключена вторая цепочка из последовательно соединенных второго перезарядного дросселя и диода, причем эта коммутирующая цепь подключена к одной шине постоянного тока моста коммутирующих тиристоров непосредственно, а к другой шине - через указанный ключ,

2,Инвертор по п. 1, о т л к ч аю щ и и с я тем,- что вентили моста обратного тока выполнены управляемыми .

3.Инвертор по пп. 1 и 2, отличающийс я тем, что он

снабжен шестивходовым логическим элементом ИЛИ, входами подключенным к соответствующим выходам блока управления тиристорными мостами, двумя двухвходовыми логическими элементами И, одни входы которых подключены к выходу шестивходового логического элемента ИЛИ, двухвходовым логическим элементом ИЛИ, каждый вход которого подключен к выходу одного из двух введенных реле времени, его выход подключен .к другому входу первого логического элемента И непосредственно, к другому входу второго логического элемента И через введенный логический элемент НЕ, а также двумя узлами формирования управляющих импульсов, узлом задержки и датчиком тока, установленным в шине постоянного тока моста вентилей обратного тока, причем выход датчика тока подключен ко входу одного из реле времени, управляющие входы тиристора упомянутого ключа и перезарядного тиристора коммутирующей цепи подключены соответственно через один узел формирования управляющих импульсов, и через блок задержки с выходом первого логического элемента И, а выход второго логического элемента И через второй узел формирования управляющих импульсов подключен к управляющему входу транзистора указанного ключа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Авторское свидетельство СССР № 320000, кл, Н 02 М 7/52, 1972,

2,Авторское свидетельство СССР № 156230, кл. Н 02 М 7/00, 1965.

3,Высочанский В.С, Узлы коммутации инверторов напряжения. Электричество, 1975, № 12, с, 28-33,

4,Авторское свидетельство СССР № 406278, кл, Н 02 М 5/42,, 1975,