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

(5) АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электро, технике и может быть использовано для любого варианта схемы тиристорного инвертора напряжения с однофазной и трехфазной нагрузкой. Известны схемы автономных инверторов напряжения с узлами коммутации основных тиристоров, построенные на базе однофазного тиристорного моста, в диагонали которого включена коммутирующая реактивная цепочка О Устройствам свойственно значитель ное накопление энергии в узле коммута ции, проявляющееся в чрезмерной и неконтролируемой раскачке напряжения на коммутирующем .конденсаторе от одного такта коммутации к другому. В это же время подавляющее большинство инверторов такого типа либо вообще не имеет устройства сброса избыто ной коммутационной энергии (в этом случае накопление коммутационной энергии уравновешивается резистивными потерями в контуре коммутации), либо осуществляется нерегулируемый сброс энергии. Известна также схема трехфазного автономного инвертора напряжения, содержащего трехфазный мост основных тиристоров, шунтированных обратными диодами, параллельно каждому из которых подключены через двухоперационные тиристоры вторичные)обмотки коммутирующего трансформатора, и однофазный мост коммутирующих тиристоров, в диагональ постоянного тока которого включена первичная обмотка упомянутого трансформатора, а в диагональ переменного тока - параллельно соединенные коммутирующая реактивная цепочка, состоящая из конденсатора и дросселя, и цепочка из двух дозарядных тиристоров, катоды которых образуют обилую точку и ею подключены к отрицательному выводу источника питания инвертора 12 . В данной схеме инвертора обеспечивается регулирование сбрасываемой в источник коммутационной энергии,т.е. регулирование начального напряжения на коммутирующем конденсаторе и, соответственно, амплитуды колебательно го тока в коммутирующей реактивной цепочке в зависимости от величины тока нагрузки, что является достоинством устройства, особенно при его работе на переменную по величине нагрузку, поскольку достигается эконом мое и регулируемое расходование коммутационной энергии, требуемой для запирания основных тиристоров, и таким путем повышается КПД устройства. Недостатками его является относительная сложность схемы, заключающаяся в наличии большого числа (двенадцати) вспомогательных тиристоров, шесть из которых является сравнитель но дорогостоящими и сложными в управлении двухоперационными тиристора ми, довольно продолжительная задержка между подачей отпирающих импульсо управления на коммутирующие тиристор и появлением на запираемом основном тиристоре обратного анодного напряже ния, которая снижает надежность рабо ты инвертора, так как за этот интервал времени быстро возврастающий ток нагрузки (например, ток при резком набросе нагрузки или аварийный ток), проходящий через запираемый основной тиристор, может достигнуть значения, при котором произойдет срыв коммутации. Наиболее близким является автоном ный инвертор, содержащий подключенные ко входным выводам трехфазные мосты основных тиристоров и обратных диодов, а также однофазный мост коммутирующих тиристоров с коммутируючим конденсатором в диагонали, причем анодная группа моста соединена с положительным входным выводом непосредственно, а катодная - через три цепочки, состоящие, каждая, из распределительного тиристора и первично обмотки одного из трех коммутирующих трансформаторов, две вторичные обмот ки каждого из которых включены между тиристорами соответствующей фазы и соединены общим выводом с соответствующими выходным выводом и выводом переменного тока моста обратных диодов, причем обкладки коммутирующего конденсатора соединены с отрицательным входным выводом через последовательные цепочки, состоящие, каждая ИЗ линейного дросселя и дозарядного тиристора З Недостатком инвертора является его сложность, заключающаяся в наличии в узле коммутации трех коммутирующих трансформаторов, каждый из которых содержит по две вторичные обмотки и одной первичной, и трех распределительных тиристоров. Цель изобретения - упрощение конструкции. Поставленная цель достигается тем, что в автономном инверторе напряжения, содержащем связанный со входными выводами трехфазный мост основных тиристоров, между тиристорами каждой фазы которого включена обмотка индуктивного элемента со средним выводом, подключенным к соответствующему выходному выходу, обратные диоды, а также однофазный мостик коммутирующих тиристоров с коммутирующим конденсатором в диагонали, причем анодная группа моста подключена к положительному входному выводу непосредственно, а катодная - через первичную обмотку коммутирующего трансформатора , а обкладки коммутирующего конденсатора подключены к отрицательному входному выводу через последовательные цепочки, состоящие каждая из линейного дросселя и дозарядного тиристора, в качестве индуктивных элементов использованы линейные дроссели, причем каждый тиристор совместно с дополнительным линейным дросселем зашунтирован обратным диодом, а вторичная обмотка коммутирующего трансформатора включена между положительным входным выводом и анодной группой трехфазного моста основных тиристоров. На фиг. 1 представлена принципиальная схема автономного инвертора напряжения в трехфазном мостовом варианте исполнения; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства на интервале коммутации. Трехфазный мостовой инвертор с основными тиристорами 1-6 и обратны-. ми диодами 7-12 работает на трехфазную нагрузку 13, подключенную к средним выводам дросселей , и содержит однофазный мост коммутирующих тиристоров 17-20. В диагональ переменного тока этого моста включена коммутирующая реактивная цепочка 21, состоящая из коммутирующего конденсатора 22, подключенного к отрицательному входному выводу через последовательные цепочки из дозарядных тиристоров 23 и 24 и линейных дросселей 25 и 26 причем дозарядные тиристоры образуют .своими катодами общую точку, которая соединена с отрицательными входным выводом.. В диагональ постоянного ток моста включена, первичная обмотка 27 коммутирующего трансформатора 28, вторичная обмотка 29 которого подключена между положительный входным выводом и анодной группой трехфазного моста основных тиристоров. Инвертор работает следующим образом. Пусть в начальный момент времени tg открыты тиристоры 1, 3 и 5, а ком мутирующий конденсатор 22 заряжен до напряжения Ug при положительном потенциале на правой обкладке. В момент t. начинается процесс ко мутации тиристора 1. Для выключения тиристора 1 подают отпирающие импуль сы управления на коммутирующие тирис торы 17 и 20. При включении этих тиристоров напряжение конденсатора 2 прикладывается к первичной обмотке 2 трансформатора 28, а на вторичной обмотке 29 практически сразу же в мо мент t( (если не учитывать инерционные свойства сердечника трансформато рд 28 и отпираемых тиристоров 17 и 20) наводится напряжение U,,g(t) о полярностью, направленной встречно по отношению,, к напряжению источника питания инвертора Е., причем в начальные моменты коммутации Ung Ej , что достигается соответствующим выбором коэффициента трансфор мации К.р трансформатора 28. Следовательно, с момента времени t на все основные тиристоры инвертора подается в обратном направлении внешнее результирующее напряжение (ля - ЕЯ). В частности через тиристор 1 под действием этого напряжения протекает обратный анодный ток по контуру ,-10-1 , скорость нарастания которого велика, поскольку она ограничена лишь индуктивностями расстояния обмоток 27 23 и динамическими характеристиками включения дио да 10. После того, как в момент t анодный р-п переход тиристора 1 станавливает блокирующие свойства, на тиристоре 1 появляется обратное анодное напряжение (фиг. 2 в), а обратный анодный ток быстро спадает и практически прекращается к момен56ту tij. Аналогичные процессы протекают и в других фазах инвертора, которые приводят к появлению обратного анодного напряжения на ранее проводивших ток основных тиристорах 3 и 5Начиная с момента t в фазе А инвертора происходит возрастание тока в контуре 10-1«-7-29-Е.-10, который имеет квазисинусоидальный характер с периодом Т 2 л C-(L/3 + Lrp) где С - значение приведенной ко вторичной обмотке 29 емкости конденсатора 22, а Цр и L - значения индук-. тивностей , со(5тветственно, трансфо0матора 26 и каждого из дросселей k16, назначение которых на интервале коммутации состоит в равномерном распределении коммутационных токов между тремя фазами инвертора. Совокупность квазисинусоидальных коммутационных токов, трансформируясь в первичную обмотку 27, разряжает конденсатор 22, а по мере снижения напряжения на нем снижается и напряжение U... В момент (3 анодное напряжение на основных тиристорах изменяет свою полярность с обратной на прямую. Если в качестве основных в данном инверторе используют однооперационные тиристоры, то описываемые электромагнитные процессы обеспечат в инверторе общий тип коммутации, характеризуемый запиранием всех основных тиристоров на каждом такте коммутации. В данном инверторе можно обеспечить также избирательный тип коммутации основных тиристоров, в том числе и повентильную коммутацию, которая имеет место в противопоставляемом инверторе. В этом случае в качестве основных .нужно использовать комбинированно выключаемые тиристоры. В момент времени tj производят отпирание тиристора 2k по цепи управления, и начинается процесс дозаряда конденсатора 22 по контуру 2-26-2 -Е... Наличие источника напряжения Е . в данном контуре позволяет восполнить потери энергии в конденсаторе 22, имеющие место на интервале времени . В момент tg ток в конденсаторе 22 спадает.до нуля, тиристоры 17, 20 и 2k выключаются, после чего на вторичную обмотку 29 перестает поступать напряжение с перезаряженного конден7сатора 22. В момент времени t -, на основных тиристорах устанавливается напряжение, равное по величине напря жению источника питания инвертора Е Таким образом, вследствие гальванической развязки коммутирующего конденсатора 22 от основных тиристороа .1-6 с помощью трансформатора 28 перенапряжение на основных тиристорах инвертора появляется только на кратковременном (несколько десятков или даже единиц микросекунд) интервале времени tff-t, что благоприятно сказывается на предельно коммутируемой инвертором мощности, так как известно, что тиристоры достаточно .устойчивы к кратковременным перегрузкам по напряжению, тем более, что в предлагаемом устройстве скорость нарастания прямого напряжения на основных тиристорах ограничена до срав нительно небольших величин (фиг,2 а) Начиная с момента времени t возможна очередная коммутация в инверторе. В следующий коммутационный так сначала осуществляют отпирание тирис торов 18 и 19, а спустя время задерж Зм S 7 осзлцествляют отпирание дозарядного тиристора 23- Регулирование интервала времени позволяет как производить регулирова ние начального напряжения на конденсаторе 22, а значит и амплитуды коммутационного тока, что обеспечивает минимальные коммутационные потери пр работе инвертора на изменяющуюся По величине нагрузку. Формула изобретения Автономный инвертор напряжения, содержащий связанный со входными вы5водами трехфазный мост основных тиристоров, между тиристорами каждой фазы которого включена обмотка индуктивного элемента со средним выводом, подключенным к соответствующему выходному выводу, обратные диоды, а также однофа;зный мост коммутирующих тиристоров с коммутирующим конденсатором ,в диагонали, причем анодная группа моста подключена к положительному входному выводу непосредственно, а катодная - через первичную обмотку коммутирующего трансформатора, а обкладки коммутирующего кондненсатора подключены к отрицательному входному выводу через последовательные цепочки , состоящие каждая из линейного дросселя и дозарядного тиристора, отличающийся тем, что, с целью упрощения, в качестве индуктивных элементов использованы линейные дроссели, причем каждый тиристор совместно с дополнительным линейным дросселем зашунтирован обратным диодом, а вторичная обмотка коммутирующего трансформатора включена между положительным входным выводом и анодной группой тре-хфазного моста основных тиристоров. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Японии № «7-12087, кл. 5бс 6, 1971. 2.Авторское свидетельство СССР ff 57288if, кл. Н 02 М 7/515, 1975. 3.Авторское свидетельство СССР по зявке № 2823356/24-07, кл. Н 02 М 7/515, 1979.

f

/4A 3ZAff fv.

/s

M 0 k

I

2f

AJU-r

/(