Тиристорный инвертор Советский патент 1981 года по МПК H02M7/515 H02M5/27 

(54) ТИРИСТОРНЫЙ ИНВЕРТОР Изобретение относится к электротехни ке, в Частности для преобразования частоты питающей сети, и может быть использовано в регулируемых электроприводах переменного тока. Известен инвертор, используемый в схеме преобразователя частоты, содержа- ший коммутирующие трансформаторы с рабочими и цопопнитепьными обмотками, основные тиристоры и мосг обратных диодов, коммутирующие конденсаторы, при этом рабочие обмотки коммутирующего трансформатора включены последовательно с основными тиристорами, дополнительные обмотки коммутирующего трансформатора включены последовательно с тиристорами и эстречно-поспедовательно с рабочими обмотками 1 J. Недостатки известного устройства заключаются в том.что оно имеет бопьщиегабариты трансформатора, так как его рабочие охотки обтекаются током нагрузки, а это вызывает увеличение объема меди трансформатора; кроме того, необходимы дополнительные обмотки для размагничивания сердечника коммутирующего трансформатора, работа в широком диапазоне изменения напряжения источника постоянного напряжения невозможна, и напряжение на коммутирующих конденсаторах зависит от напряжения этого источника. Известен также инвертор, используемый в схеме преобразователя частоты, содержащий последовательно соединенные тиристоры и включенную между ними инкуктивность с отводом от средней точки, подключенную параллельно источнику постоянного тока, при этом параллельно каждому тиристору и половине индуктивности включены коммутирующие конденса1горы и диоды обратного тока . Недостатком этого устройства является то, что обмотки коммутирующей ввпуктивности включены последовательно с тиристорами, через которые проходит ток нагрузки, это ведет к увеличению объема. меди в коммутирующей индуктивности. При таком включении дросселя его магиито- провод перемагничивается по частной петпе гистерезиса, что ведет к увеличению объема стали сердечника. Кроме того, существенным неиостатком схемы является невозможность работы в широком диапазоне изменений питающего напряжения и зависимость эпектромагнитных процессов в коммутирующем контуре от параметров нагрузки. Наиболее близким к предлагаемому явпяется инвертор, содержащий стойки ключей, причем каждый из ключей состоит из Последовательно включенных разделительного диода, тиристора и коммутирующего дросселя. Параллельно каждому тиристору и дросселю включен коммутирующий конденсатор, а диоды обратного тока включены встрёчно-лараллельно каждому ппечу, Вспомогательный источник постоянного тока включен параллельно коммутирующим конденсаторам, соединенным между собой, последовательно f3. Недостатком известного устройства явпяется то, что коммутирующие дроссели включены последовательно с т0рт:торами, через которые проходит ток нагрузки, что ведет к увеличению объема меди обмоток дросселя. Сердечник дросселя перетлагничивается по частной петле гистерезиса, что ведет к необходимости увеличения объема стали сердечника. Увеличение объема меди обмоток и объема сташ сердечника дросселя ведет к увеличению его массы и габаритов. В момент коммутации после спада тока до нуля в запираемом тиристоре напряжение коммутирующего конденсатора включено через нагрузку встречно основному источнику питания. Ток коммутации проходя через нагрузку, вызывает в ней дрполнителвные потери, в случае если нагрузкой служит двигатель. Поскольку ком мутирующий конденсатор перезаряжается практически постоянным значением реактивнет о тока нагрузки, существует зависимость длительности провалов в выходном напряжении от величины тсжа нагрузки. Больщие по длительности провалы в выхоаяам напряжении будут при малых токах нагрузки. При работе инвертора бе подключения нагрузки коммутирующая емкость может разрядиться толысо при выдепенив запасенной в ней энергии на активных сопротивлениях схемы преобразоватёпа частоты. Цепь изобретения - улучщение массогабаритных и э нергетических псжазателей нвертора и расширение его частотных озможностей. Поставленная цепь достигается тем, что тиристорный инвертор, содержащий объединенные вьгоодами переменного тока мост диодов обратного тока и тиристорнъгй мост, кажшяй ключ которого выполнен в виде последовательно соединенных разделительного диода и тиристора, коммутирукядие конденсаторы, числом равные числу ключей, одни обкладки каждого из которых подключены к точкам соединения разаелительнъ1х диодов в тиристорсв соответствующих ключей, дополнительные источники постоянного напряжения, каждый из которых через импеданс включен между точками соединения разделительных диодов и тиристоров соответствующей пары ключей, образующих «стойку, а также коммутирующие дроссели, средние точки обмоток каждого из которых подключены к соответствующим выводам переменного тока тирйсторного моста, снабжен ком мутирующими циодамн, подключенными параллельно обкладкам коммутирующих кон)денсаторов, а другие обкладки ксйлмутирующик конденсаторов, принадлежащих одной стойке ключей, связаны между собой через обмотку соответствующего коммутирующего дросселя. В раной иа модификаций инвертор отличается также тем, что концы обмоток .коммутирующих дросселей подключены к обкладкам коммутирующих конденсаторов через дополнительно введенные элементы индуктивности. На фиг, 1 нредставпена принципиальная схема предлагаемого тирйсторного преобразователя частоты; на фид. 2 - одна фаза с дополнительными индуктивностями li 3 Преобразователь содержит источник 1 постоянного напряжения, подключенный через защунтированный диод 2, дроссель 3 к мосту 4 диодов 5-10 офатного тока, причем точка соединения катодсж диодов 5-7 обратного тока подключена к плюсу источника 1 постоянного напряжения, а точка соединения анодов диодов 8-10 обратного тока подключена к минусу источника 1 постоянного напряжения. Мост 11, образоваЕШый из последоватепьно включенных разделительных диодов 12-17 и тиристоров 18-23 подключен .к мосту 4 диодов обратаого тока, точка соединения анодов разделительных ццодов 15-17 под..ключена к общей точке соединения кколав 5-7 обратного тока, а точка соединения

катодов раадепитепьных ииодов 15-17 подключена к точке соединения анодов диоаЬв 8-10 обратного тока. Коммутирующие конденсаторы 24-429 одним выводом подкпючены к точкам соединения раздепитепьных диодов 12-16 и тиристоров 18-23. Другие вьгаоды коммутирующих конденсаторов подключены через обмотки коммутирующих дросселей 30-32 к входным зажимам моста 11.

Коммутирующие конденсаторы зашунтированы коммутирующими диодами 33-38. Дополнительные источники 39-41 постоянного напряжения своими положительными выводами подключены через импедансы 42-44 к точкам соединения разделительных диодов 12-14 и тиристоров 18-2О, отрицательный вьюод дополнительных источников 39-41 постоянного напряжения подключен к точкам соединения тиристоров 21-23 и разделительных диодов 15-17..

Устройство работает следующим образом.

Пусть в какой-то момент времени включены тиристоры 18, 19 и 23, ток от положительного вывода истониика постоянного напряжения протекает через разделительные диоды 12, 13 и 17, тиристоры 18, 19 и 23 и фазы нагрузки на отрицательный вывод источника 1 постоянного напряжения. При этом коммутирующие конденсаторы 26 27 и 28 заряжены , напряжением полярностью, указанной на фиг. 1.

При включении тиристора 21 коммутирующнй конденсатор разряжается по цепи: коммутирующий конденсатор 27 - обмотка коммутирукнцего дросселя ЗО - тиристор 21 - коммутирующий конденсатор 27. При разрядке коммутирующего конденсатора 27 в другой обмотке коммутирующего дросселя ЗО наводится ток, который направлен навстречу току нагрузки через тиристор 18. Ток в другой обмотке ком,,мутирующего трансформатора замыкается %1О следующей цепи: обмотка коммутирующего дросселя ЗО - тиристор 18 - ком-мутирующий конденсатор 24. При этом происходит выключение тиристора 18 и заряд коммутирующего конденсатора 24. В момент равенства тока нагрузки и тока разряда коммутирующего конденсатора через тиристор 18 происходит его запирание. После запирания тиристора 18 ток j второй полуобмотки дросселя ЗО замыкается по следующей цепи: вторая цоиуобмотка коммутирующего дросселя 30 диод 5 обратного тока - разделительный

ди&д 12 - коммутирующий конденсатор 24 - вторая попуобмотка коммутирующего дросселя ЗО. При этом происходит далнейший заряд коммутирующего конденсатора 24, а к тиристору 18 прикладьтается обратное напряжение, под действием которго происходит восстановление его запирающих свойств.

При этом по диоду 5 протекает разностный ток: ток нагрузки и ток разряда коммутирующего конденсатора 27. Ток разряда коммутирующего конденсатора носит колебательный характер. В момент равенства токов тока нагрузки и тока разряда коммутирующего конденсатора 27 происходит запирание диода 5 и коммутирую щий конденсатор 24 начинает дозаряжать1ся по цепи: дрпо)шительный источник 39 постоянного напряжения - импеданс 42 - коммутирующий конденсатор 24 - обмотка коммутирующего дросселя ЗО - тиристор 21 - дополнительный источник 39 постоянного напряжения. После заряда коммутирующего конденсатора 24 до напряжения дополнительного источника и разряда коммутирующего конденсатора 27 до нуля происходит отпирание коммутирующего диода 36 и энергия, запасенная в индуктивности L будет трансформирована коммутирующему конденсатору 24. После этого процесс коммутации заканчивается и схема готова к коммутации токав другой попуфазе. Работа других фаз происходит аналогично.

При недостаточности индуктивности Ь и U рассеяния коммутирующего цросселя последовательно с каждой обмоткой коммутирующего трансформатора включается Дополнительная индуктивность 1 (фиг. 2).

Предлагаемое устройство позволяет уменьшить массу и габариты электромагнитных устройств, применяемых в преобразователе частоты, улучшить энергетические показатели, обеспечивает независимость процессов коммутации от параметров нагрузки, и за счет этого расширяются частотные возможности.

Уменьшение массы и габаритов электромагнитных устройств достигается за счгет того, что обмотки коммутирдгющих трансформаторов включены последовательно с коммутирующими конденсаторами. Такое включение обмоток коммутирующих дросселей позволяет исключить протека1ше через Низ тока нагрузки, ведет к снижению сечения прсаода обмоток трансформатора, а это в свою очередь снижает массу и габариты коммутирующего траасфорMatopa. Это позволяет бопее полно испопь зовать магнитопровоа коммутирующего .цроссепя, так как его сердечник работает до полной петли гистерезиса, что в свою очеоеаь приводит к уменьшению его массы и габаритов. Улучшение энергетических показателей достигается за счет введения коммутирующих диодов, подключенных параллельно .коммутирующим конденсаторам, и включением обмоток- коммутирующего дросселя последовательно с коммутирующими денсаторами. Это позволяет полностью использовать энергию, запасенную в коммутирующем конденсаторе, так как при коммутации тиристора происходит его выключение и одновременно заряд другого коммутирующего конденсатора. В результате уменьшаются потери в элементах схемы и оказывается возможным снизить их установленную мощность. Независимость npoueccl коммутации от параметров нагрузки достигается за счет введения коммутирующих диодов и подключения их параллельно коммутирующим конденсаторам, включением обмоток коммутирующих дросселей послед жательно с коммутирующими конденсатс ами. Включение обмоток дросселей последовательно с коммутирующими конденсаторам позволяет исключить протекание тока нагрузки через коммутирующий контур, эти самым исключается влияние параметров нагрузки на процессы коммутации тиристоров, что позволяет исключить провалы в выходном напряжении преобразователя частоты и уменьшить потери от высших гармоник в нагрузке (например, при рабо те на двигатель переменного тока). Формула изобретения 1. Тиристорный инвертор, содержащий объединенные выводами переменного ток мост диодов обратного тока и тиристор- ный мост, каждый ключ которого выполнен в виде последовательно соединенных разделительного диода и тиристора, коммутирующие конденсаторы, числом paetoie числу ключей, одни обкладки каждого из которых подключены к точкам соединения разделительных диодов и тиристоров соответствующих ключей, дополнительные источники постоянного напряжения, каждый из которых через импепанс включен меж-ду точками соединения разделитеиьных диодов и тиристоров соответствующей пары ключей, образующих стойку, а также комму тиру кмдие дроссели, средние точки обмоток каждого из которых подключены к соответствующим выводам переменного тока тиристорного моста, о т л .и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью улучшения массонпабаритных показателей и расшире- ния частотных возможностей, он снабжен коммутирующими диосами, подключенными параллельно обкладкам коммутирующих конденсаторов, а другие обкладки коммутирующих конденсаторов, принадлежащих одной стойке ключей, связаны между собой через обмотку соответствующего коммутирукяцего дросселя. 2. Инвертор по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что концы обмоток коммутирующих дросселей подключены к обкладкам коммутирующих конденсаторов через дополнительно введенные элементы индуктивности. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР N° 235173, кл. Н О2 М 7/48, 1969. 2.Патент США № 3278827, кл. 321-44, 1966. 3.Патент США М 3355654, кл. 321-44, 1967.