Тиристорный инвертор Советский патент 1981 года по МПК H02M7/515 

I

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и предназначено для электроснабжения потребителей с резко изменяющейся нагрузкой.

Известны инверторы, в которых для стабилизации выходного напряжения применен короткозамкнутый выпрямитель , подключенный к выходным зажимам через регулирующие дроссели 1.

К недостаткам этих устройств относятся значительные масса и габариты регулирующих дросселей.

Известны также преобразователи частоты, в которых устройство компенсации реактивной мощности выполнено в виде обратного выпрямителя, выводы постоянного тока которого через сглаживающие дроссели подключены к входным зажимам преобразователя 21 и 31.

Однако в этих преобразователях через мост основных тиристоров проХОДИТ активная мощность нагрузки, но и активная мощность обратного выпря мителя, что приводит к увеличению установленной мощности элементов преобразователя .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь частоты, содержащий мост основных тиристоров, связанный с входными зажимами через сглаживаю10щий дроссель, коммутирующие конденса торы, на выходе мост компенсирующих тиристоров, выводами постоянного тока замкнутый на регулирующий дроссель, а выводами переменного тока подклюISченный к выводам переменного тока моста основных тиристоров, а также задающий генератор, блок управления мостом основных тиристоров, блок управления мостом компенсирующих тирис20торов, фазосдвигающий узел,схему сравнения и обратной связи t.

Недостатками известного устройства являются низкое быстродействие и большая вероятность самовозбуждения при работе на двигательную нагрузку, Улучшение динамических характеристик может быть достигнуто путем уменьшения величины дросселя, подключенного к выводам постоянного тока компенсирующего моста, однако это сопровождается возрастанием амплитудных значений токов тиристоров и дополнительными искажениями формы кривой выходного напряжения преобразователя, что, в частности, снижает надежность устройства. Цель изобретения - повышение функциональной надежности преобразователя путем улучшения его динамических характеристик. Поставленная цель достигается тем что преобразователь частоты, содержащий мост основныхтиристоров, связанный с входными выводами со сглаживающим дросселем в цепи питания, коммутирующие конденсаторы на его выходе., мост компенсирующих .тиристоров, выводами постоянного тока замкнутый на регулирующий дроссель, а выводами переменного тока подключенный к выводам переменного тока моста основных тирис торов, а также задающий .генератор, блок управления мостом основных тиристоров, блок управления мостом компенсирующих тиристоров, фазосдвигающий узел, схему сравнения и блок обратной связи, снабжен дополнительным тиристором, катод которого соединен с анодной группой моста компенсирующих тиристоров, а анод через дополнительно введенный индуктивный элемент подключен к катодной группе моста компенсирующих тиристоров, а также формирователем импульсов включенным между выходом задающего генератора и Управляющим переходом дополнительного тиристора, причем указанный индуктивный элемент выполнен в виде дополнительной обмотки регулирующего дросселя, причем блок обратной связи выполнен в виде схемы измерения длительности импульсов, вход которого подключен к выводам постоянного тока низковольтного диодного моста, трех однофазных трансформаторов, вторичные обмотки которых соединены в треугольник и подключены к выводам переменного тока низковольтного моста, а также высоковольтного диодного моста выводы постоянного тока которого через резисторы в обратной полярности подключены к выводам постоянного тока моста основных тиристоров, а выводы переменного тока через первичные обмотки однофазных трансформаторов соединены с выходными выводами преобразователя, причем выход схемы измерения длительности ямпульсов образует выход блока обратной связи. На фиг. 1 представлена схема преобразователя частоты; на фиг. 2 - графики токов и напряжений, поясняющие его работу. Преобразователь частоты содержит мост основных тиристоров 1-6, связанный с входными выводами через сглаживающий дроссель 7, коммутирующие конденсаторы 8-10, мост компенсирующих тиристоров 11-16, выводами постоянного тока замкнутый на регулирующий дроссель 17, а выводами переменного тока подключенный к выводам переменного тока моста основных тиристоров 1-6, а также задающий генератор 18, блок 19 управления мостом основных тиристоров, блок 20 управления мостом компенсирующих тиристоров, фазосдвигающий узел 21, схему 22 сравнения и блок 23 обратной связи. Преобразова ель снабжен дополнительным тиристо)м 2, катод которого соединен с анодами тирист-оров 11, 13 и 15, а анод через дополнительно введенный индуктивный элемент 25, выполненный в виде дросселя 17, подключен к катодам тиристоров 12, И, 16. Формирователь 26 импульсов включен между выходом задающего генератора 18 и управляющим переходом дополнительного тиристора 2. Блок 23 обратной связи содержит схему 27 измерения длительности импульсов, вход которой подключен к выводам постоянного тока низковольтного диодного моста 28-33, однофазные трансформаторы , вторичные обмотки которых соединены в треугольник и подключены к выводам переменного тока моста 28-33, а также высоковольтный мост на диодах , выводы постоянного тока которого через резисторы и 4, а обратной полярности подключены к выводам постоянного тока моста основных тиристоров 1-6, а выводы переменного тока через первичные обмотки трансформаторов 3 и 36 соединены с выходными выводами преобразователя. Выход схемы 27 измерения длительности импульсов образует выход блока 23 обратной связи. преобразователь частоты работает следующим образом. Импульсы управления на тиристоры компенсирующего моста 11-16 подают со сдвигом относительно управляющих импульсов моста 1-6, причем е K(fto-rJ); где К - коэффициент передачи фазосдвигающего узла 12; (Ь - текущее значение угла запирания, измеренное блоком связи; (Ьр - некоторое наперед заданное знамение угла (5 . При таком способе синхронизации управляющих импульсов между углом запирания ft основного моста 1-6 и yi лом управления компенсирующего моста 11-16 существует связь, определяемая зависимостью: cL + 5 60 + Е Величина (i выбирается таким обра зом, чтобы угол управления oL был равен 90 при угле запирания fi-B, вследствие чего зависимость между уг лами dL и (5 приобретает вид: oL 90° + (K+1)() Отсюда следует, что компенсирующее устройство (11, 16 и 1.7) производит отбор реактивной мощности от конденсаторов 8-10 только в разгруЗО.ЧНЫХ режимах, когда угол запирания ib R . влияние его на элек ж Г1 , - л J л. « ромагнитные процессы в преобразователе при отключенном тиристоре мо жет быть сведено к минимуму соответ ствующим выбором параметров дросселя 17. Введение цепочки тиристор 2 - индуктивный элемент 25 позволяет обр зовать параметрическую отрицательную обратную связь по углу запирания во всем диапазоне его изменения. Импульсы управления на тиристор 2 по ступают от задающего генератора 18 через формирователь импульсов 26 с шестикратной частотой в моменты, со ответствующие моментам коммутации основных тиристоров 1-6. Если к моменту подачи управляющего импульса на тиристор 2 какая-либо пара тиристоров компенсирующегомоста 11-1 находится во включенном состоянии, то напряжение на его выводах постоя ного тока имеет отпирающую полярность для тиристора 1 . После включения тиристора 2 индуктивный элемент 25 подключается параллельно 3 дросселю 17, в результате чего результирующая индуктивная нагрузка компенсирующего моста(11-1б) резко уменьшается и происходит форсированный отбор реактивной мощности от конденсаторов 8-10. Показанные на фиг. 2 графики токов и напряжений соответствуют интервалу работы преобразователя, который начинается с подачи управляющих импульсов на тиристоры 2 и 3. На этом же интервале рассматривается и функционирование блока 23 обратной связи. В интервал, предшествующий рассматриваемому, в проводящем состоянии находились тиристоры 3 и 6. После подачи импульсов управления начинается коммутация тиристоров 2 и 6;причем тиристор 2 вступает в работу, а тиристор 6 - выключается. Если для упрощения пренебречь падением напряжения ца тиристорах в прямом направлении, то в рассматриваемый интервал времени напряжение на тиристоре 6 будет таким же, как напряжение на конденсаторе 10. Так как выводы постоянного тока высоковольтного диодного моста соединены в обратной полярности с выводами постоянного тока моста основных тиристоров 1-6, то после включения тиристора 2 напряжение на конденсаторе 10 становится отпирающим для диода tl . После его включения образуется цепь: конденсатор 10, тиристор 2, резистор 43, диод i, первичная обмотка трансформатора Зб, в результате чего по вторичной обмотке трансформатора 36 протекает импульс тока, длительность которого равна углу запирания моста 1-6. Разнополярные импульсы, снимаемые со вторичных обмоток трансформаторов , выпрямляются и суммируются низковольтным диодным мостом 28-33 результате чего на его выходе образуется последовательность импульсов шестикратной частоты. Длительность каждого из сформированных импульсов равна времени, предоставляемому схемой преобразователя на данном интервале его работы для восстановления запирающих свойств основных тиристоров 1-6. Устройство 27 измерения длительности импульсов преобразует полученную последовательность импульсов в сигнал, форма представления которого соответствует конкретной реализации элементов 21 и 22.

Предлагаемая схема преобразователя частоты выгодно отличается от известной прежде всего наличием силово импульсной обратной связи по углу запирания, что обуславливает высокие динамические характеристики и устойчивость при работе на двигательную нагрузку./

Так как дроссель 17 используется для компенсации только некоторой части реактивной мощности конденсаторов 8-10, то максимальная беличина тока, протекающего через дроссель 17, в предлагаемой схеме в 23 раза меньше, чем в преобразователе по известной схеме. Вследствие этого КПД предлагаемой схемы, при одинаковых параметрах компенсирующих дросселей принципиально выше, чем у известных.

Формула изобретения

Тиристорный инвертор, содержащий мост основных тиристоров с коммутирующими конденсаторами, включенными между его выходными выводами и со сглаживающим дросселем в цепи питания, мост компенсирующих тиристоров, выводами постоянного тока замкнутый на регулирующий дроссель, а выводами переменного тока подключенный к выводам переменного тока моста основных тиристоров, а также задающий генератор, блок управления мостом основных тиристоров, блок управления мостом компенсирующих тиристоров, фазосдвигающий узел, схему сравнения и блок обратной связи, отличающийс я тем, что, с целью повышения функциональной надежности путем улучшения динамических характеристик преобразователя, он снабжен дополнительным тиристором, катод которого соединен с анодной группой моста компенсирующих тиристоров, анод через дополнительно введенный индуктивный элемент подключен к катодной группе моста компенсирующих тиристоров, а также формирователем импульсов, включенным между выходом задающего генератора и управляющим переходом дополн11- тельного тиристора, причем блок обрат10 ной связи выполнен в виде схемы измерения длительности импульсов, вход которой подключен к выводам постоянного тока низковольтного диодного моста, трех однофазных трансформаторов, вторичные обмотки которых;соединены в треугольник и подключены к выводам переменного тока низковольтного диодного моста, а также высоковольтного диодного моста, выводы постоянного тока которого через резисторы в обратной полярности подключены к выводам постоянного тока моста основных тиристоров, а выводы переменного тока через первичные обмот2$ ки однофазных трансформаторов соединены с выходными выводами преобразователя , причем выход схемы измерения длительности импульсов образует выход блока обратной связи.

30 2. Преобразователь частоты по п.1, отличающийся тем, что дополнительно введенный индуктивный элемент выполнен в виде дополнительной обмотки регулирующего дросселя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Преобразовательные устройства в электроэнергетике. М., Наука, 196, с. 40, рис. 1.

2.Ковалев Ф.И. и др. Судовые статические преобразователи. Л., Судостроение, 1965, с. 129, рис. А9.

3.Патент США ff 3768001 , кл. Н 0 М , 1973.

4. Патент США № , кл. Н 02 М 7/22, 1973.

фиг. I

JJ

«ИЛ./

уяр. П,15

Фи9.1