Параллельный инвертор Советский патент 1981 года по МПК H02M7/757 

(54) ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ ИНВЕРТОР

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике, в частности к системам гарантированного электроснабжения. Известны инверторы тока, содержащие различные компенсирующие устройства, например И1шергор с компенсирующим устройством, выполненным в виде дросселей, соединенных последовательно с встречно-параллельно включенными тиристорами (1). Недостатки этого инвертора состоят в большом количестве дросселей, равном количеству фаз инвертора и значительных добавочных потерях, вызванных протеканием через эти дроссели несинусоидапьных токов. Известен также инвертор тока, так называемый инвертор с обратным выпрямителем. Этот инвертор содержит два встречно-параллельно включенных моста, причем включение мостов выполнено через дроссели, один из мостов используется в качестве компенсирующего устрой ства 12. Однако и этот инвертор обладает рядом недостатков. Через его вентильный мост, осущест вляющий преобразование постоянного тока в переменный, протекает практически одинаковый ток во всех режимах работы как при номинальной нагрузке, так и в режиме холостого хода, что вызывает дополнительные потери в инверторе при его работе в режимах, отличных от номинального. Помимо этого, инвертор с обратным выпрямителем имеет большую суммарную типовую мощность трансформатора и дросселей. Наиболее близким к предложенному является инвертор с последовательным и согласным включением двух вентильных ячеек, каждая из которых подключена к отдельной груяпе обмоток трансформатора, и дросселем 13. Однако этот инвертор может использоваться только при малых изменениях нагрузки. В режиме холостого хода или в режиме., близком к нему, инвертор становится неработоспособным. Цель изобретения расщирение функциональных возможностей. Для достижения поставленной цели параллельный Ю1вертор, содержащий связанный со входнь1ми выводами через входной дроссель

две преобразовательные ячейки на управляемых вентилях с первичными обмотками трансформатора на выходе, снабжен дополнительным дросселем и вентилем, а преобразовательные ячейки и дополнительный дроссель соединены последовательно, причем цепочка, состоящая из дополнительного дросселя и одной из ячеек, шунтирована дополнительным вентилем, включенным в обратном направлении.

На чертеже представлена схема инвертора. Инвертор содержит выходной трансформатор 1 с первичными обмотками 2,3 и вторичной обмоткой 4, блок 5 коммутирующих конденсаторов, две преобразовательные вентильные ячейки 6,7, выполненные в виде трехфазных мостов, дополнительный вентиль 8, дополнительный дроссель 9 и дроссель 10, источник 11 питания, нагрузку 12. Индуктивность дросселя 10 должна быть большей или равной значению, необходимому для обеспечения непрерывности тока и сглаживания пульсаций при минимальном угле регулирования ячейки 6, равном Pmin. Индуктивность дросселя 9 должна иметь величину, обеспечивающую протекание через ячейку 7 тока, необходимого для компенсации избытошой реактивной мощпосто конденсаторной батареи в режиме холостого хода.

Работа схемы рассматривается с учетом чедующих допущений; принимаются во внимание только первые гармо шки тока и напряжения; угол коммутации вентилей равен нулю; углы регулирования вентильных ячеек fe и (Зэ равны углам сдвига тока относительно напряжения; намагничивающий ток трансформатора равен нулю.

При рассмотрении схемы принимают, что система управления инвертором позволяет установить любые требуемые значения углов регулирования fe, |3з и количество.витков обмоток 2-4 трансформатора 1 одинаковыми. Сечение обмоток 2 трансформатора 1 примерно в два раза меньше сечения обмоток 4. Количество витков обмоток 2-4 может быть и разным, что позволяет в ряде получить более гибкое управление инвертором.

Различают два режима работы схемы - при нагрузках на выходе инвертора, близких к номинальной; и при нагрузках, близких к холостому ходу.

Инвертор работает следующим образом. Постоянный ток от источника 11, через дроссели 9 и 10 протекает через две вентильные ячейки 6 и 7 и, поскольку они соединены .последовательно, величины постоянного тока на входе каждой ячейки одинаковы. В результате абсолютные величины токов в olMoncax 2 и 3 трансформатора равны (токи Ь и Ь)

И соответственно модули векторов токов Ь и 1з равны. Ток через вентиль В в рассматри ваемом режиме не протекает. При указанных условиях в обмотке 4 трансформатора устанаи ливается значение тока 1, связанное с токами 12, 1з следующим равенством

Ь + 1з Ьз -1

Приведенное равенство выполняется при разных соотношениях углов jSj и )3з.. Соотношение углов |32 и 3 определяет уровень напряжения на выходе инвертора в соответствии с равенством

EKcxCos j + ЕКсхСоз з Ud,(1)

где Е - эдс обмоток трансформатора, или равенством, вытекающим из предыдущего

Е( Cos(2 -ь ) --- ,(2)

с где U(j - напряжение , питающего

инвертор; KCX - коэффициент схемы.

Поскольку все обмотки 2-4 трансформатора 1 расположены на общем сердечнике и имеют одинаковое количество витков, то и ЭДС переменного тока Е на них одинаковы. Электродвижущие силы постоянного тока в вентильных ячейках могут иметь разную велишну, однако их сумма всегда равна напряжению питания Ud, ЭДС постоянного тока на вентильной ячейке 6 характеризуется первым слагаемым, а на вентильной ячейке 7 - вторым слагаемым равенства (1). Сумма GosjSj + определяет значение ЭДС переменного тока Е на обмотках трансформатора .1. При постоянном значении этой суммы и неизменном значении ис(,величина Е, как это следует из равенства (2), остается неизменной. Вентиль 8 и дроссель 9 служит для поддержания выходного напряжения инвертора на заданном уровне в режиме холостого хода и при малых нагрузках. При нагрузке, близкой к номинальной, когда угол Рз меньше 60°, ток через вентиль 8 не протекает. В этом режиме среднее и мгновенное значение потенциала общей точки катодов вентилей ячейки 7 ниже потенциала общей точки анодов вентилей этой ячейки и в связи с эти ток через вентиль 8 протекать не может.

Когда угол )3з равен 90° напряжение на ячейке 7 знакопеременное, при этом его среднее значение равно нулю. В результате через элементы 8 и 9 протекает пульсирующий ток. Этот ток вызывает в обмотках 3 трансформатора протекание составляющей тока 1з, отстающей от ЭДС Е на угол 90°.

Значение реактивной мощности на выходе обмоток 3 трансформатора в этом режиме рано QTP ТЗ Е 1з. Это значение соответствует типовой мощности обмоток 3 трансформа5тора 1. В рассматриваемом режиме работы вс энергия из обмоток 3 трансформатора переда ется в дроссель 9 и затем вновь возврашзется в обмотки трансформатора. В связи с этим и мощность, передаваемая в дроссель от трансформатора, равна Стр. При угле $з, равном 90, и среднем значении напряжения на вентильной ячейке 7, равном нулю, напряжение источника питащ 11 прикладывается только к ячейке 6, а уровень выходной ЭДС инвертора определяется величиной угла /За. Угол 2 в данном случае близок к своему минимальному значению, т.е. к углу восстанов ления запирающих свойств вентилей. Пульсации напряжения на вентильной ячейке 6 в этом случае минимальны, в связи с чем и ин дуктивность для обеспечения непрерьшности то ка и сглаживания пульсаций тока в этом реж ме требуется меньшей величины. Инвертор работает в широком диапазоне изменения нагруэок и в режиме холостого хода. При этом дополнительный дроссель не вызывает увеличения типовой мощности инвертора, так как дополнительный дроссель используется и для сглаживания тока и дан компенсации избыточной реактивной мощности 2 Формула изобретения Параллельный инвертор, содержащий связанные со входными вьгеодами через дроссель две преобразовательные ячейки на управляемых вентилях с первичными обмотками трансформатора на выходе, отличающийс я тем, что, с целью расширения функодональных возможностей, он снабжен дополнительным дросселем и вентилем, причем преобразовательные ячейки и распределительный щроссель соединень последовательно, а цепочка, состоящая из дополнительного дросселя и одной из ячеек, шунтирована вентилем, включенным в обратном направлении. Источники информации, принятые во внимаиие при экспертизе 1.Ф. И, Ковалев и др. Стабилизированные автономные инверторы с синусоидальным выходнь м напряжением. Энергия, 1972., с. 15. 2.Там же, с. 14 , 3.А. А. Абдулаев, Б. А. Б1фюков. Анализ работы автономного инвертора с допопШ1тельным мостом. - Известия ВУЗов , Электромеханика , 1977, с. 380-7 94.