Автономный инвертор напряжения Советский патент 1982 года по МПК H02M7/515 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано дл любого варианта схемы тиристорнрго инвертора напряжения с однофазной и трехфазной нагрузкой. Известны схемы инверторов с узлами коммутации, построенными на основе коммутирующей цепочки из конденсатора и дросселя l и 12. В подобных схемах увеличение фазности нагрузки приводит к увеличению количества коммутирующих конденсаторов и дросселей, снижению надежности и росту массогабаритных показателей устройства.Уменьшить количество коммутирующих реактивных, элемен .тов можно за счет применения в инверторах узлов общей и групповой коммутации 23-Но при работе инвертора с такими узлами на активно-индуктивную нагруз ку со значительным коэффициентом мощ ности в вьаходном напряжении инвертора появляются искажения,ухудшающие .его гармонический состав. Поэтому при большой глубине регулирования для обеспечения удовлетворителвного гармонического состава необходимо применить узлы пофазной коммутации тиристоров инвертора С Из известных схем, обеспечивающих пофазную коммутацию, наиболее близкой по технической сущности является схема трехфазного автономного инвертора, содержащего подключенный ко входным выводам мост основных тиристоров, шунтированных обратными диодами , общая точка которых связана через вторичные обмотки коммутирующего трансформатора с одними электродами двухоперационных тиристоров, объединенных другими своими электродами в анодную и катодную группы, однофазный коммутирукждий тиристорный мост, у которого тиристоры анодной группы зашунтированы цепочками, состоящими из первичных обмоток коммутирующего трансформатора, включенных последовательно с обратными диодами , а в диагональ переменного тока включена коммутирующая LС-цепочка. Потенциальная развязка коммутирующей цепочки от основных тиристоров с помощью импульсного трансформатора и двухоперационны.х тиристоров в данном инверторе позволяет при минимальном количестве громоздких реактивных коммутирующих элементов обеспечить пофазную коммутацию основных тиристоров, при которой достигается хороший гармонический состав кривой выходного напряжения, кроме того возможно регулирование напряжения, на коммутирующем конденсаторе без введения специального регулируемого источника питания. Такое регулирование позволяет изменять амплитуду коммутационного тока в зависимости от величины тока нагрузки, сохраняя тем самым высокий КПД устройства при малых токах нагрузки инвертора, например , при холостом ходе асинхронног двигателя 4). Однако в этом устройстве недостаточно эффективное использование коммутирующего трансформатора, которое приводит к ограничению уровня коммутируемых токов нагрузки. Цель изобретения - расширение фун циональных возможностей за счет увеличения уровня коммутируемых токо нагрузки о Поставленная цель достигается тем НТО в автономный инвертор напряжения содержащий подключенные ко входным в водам трехфазный мост основных тирис торов , шунтированных обратными диода ми, трехфазный мост двухоперационных тиристоров, меясду тиристорами каждой фазы которого включены две вторичных коммутирующего трансформатора, соединенные общей точкой с выход ными выводами и выводами переменного тока моста основных тиристоров, и однофазный коммутирующий тиристорный мост, с коммутирующей LС-цепочкой в диагонали переменного тока, тиристор анодной группы которого зашунтированы обратными диодами, между анодами тиристоров анодной группы однофазног моста согласно ме)вду собой включены две первичные обмотки упомянутого коммутирующего трансформатора, точка соединения которых подключена к положительному входному выводу источ ника питания инвертора. На фиг.1 представлена принципиальная схема автономного инвертора напряжения в трехфазном мостовом варианте исполнения J на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства на интервале коммутации. Устройство содержит трехфазный инвертор с ОСНОВНЫМИ тиристорами 1-6, шунтированными обратными диодами 7-12, и последовательным соединением вторичных обмоток 13-18 коммутирующего импульсного трансформатора 19 с двухоперациоаными тиристорйми 20-25. Трехфазный инвертор работает на трехфазную нагрузку 26 и содержит однофазный мост из тиристоров 27-30, тиристоры 27 и 28 которого шунтированы обратными .диодами 31 и 32. Диагональ переменного тока содержит ком-, мутиру ощую цепочку 33 из конденсатора 34 и дросселя 35, Для увеличения уров ня коммутируемых токов нагрузки между анодами тиристоров 27 и 28 однофаз ного моста согласно между собой включены две первичные обмотки 36 и 37 трансформатора 19, точка соединения которых подключена к положительному входному выводу источника питания инвертора. Инвертор работает следующим образом. Пусть в начальный момент времени t открыты тиристоры 1, 3 и 5, а коммутирующий конденсатор 34 заряжен при положительном потенциале на правой обкладке. В момент времени ц начинается процесс коммутации тиристора 1, для запирания которого подают положительные управляющие импульсы на тиристоры 27 и 23. Конденсатор 34 начинает перезаряжаться по контуру 34-35-37-36-27-34 (фиг.2а), а через тиристор 1 протекает ток i (фиг.2в), равный разности тока нагрузки фазы A-IA и тока указанного колебательного контура „, приведенного через коэффициент трансформации ко вторичной обмотке 13 трансформатора 19 (ток 134 на фиг.26). После момента времени t2 ток дстановится по величине больше тока 1А и ток равный их разности переходит в диод 7, а тиристор 1 оказывается под обратным анодным напряжением и восстанавливает непроводящие свойства. На интервале времени t, - t g ток эд возрастает до максимума и начинает спадать. В момент tg до того как ток до величины тока lA, подают отпирающий импульс управления на тиристор 30 и запирающий отрицательный импульс тока управления на двухоперационный тиристор 20. При отпирании тиристора 30 обмотка 37 через этот тиристор и диод 32, проводящий некоторое время в обратном направлении , подключается к источнику питания инвертора и на обмотке 13 возникает импульс напряжения с амплитудой Ejj-IC p, где коэффициент трансформации, равный отношению числа витков обмотки 13 к числу витков первичной обмотки 37. Если коэффициент трансформации , то тиристор 20 оказывается под обратным анодным напряжением величиной U20 Е(), которое совместно с импульсом отрицательного тока управления приводит к комбинированному выключению двухоперационного тиристора 20. По существу эквивалентная схема, приведенная к обмотке 13 трансформатора 19 на этапе выключения тиристора 20 (интервал t-j-tg), представляет собой последовательную цепочку, состоящую из источника питающего напряжения EJ, источника импульсного напряжения направленного встречно первому источнику, и превышающего его по величине, проводящих в прямом направлении тиристора 30 и диода 10, по которому начинает протекать ток lA, и проводящих на интервале ;в обратном направлении тиристора 20 и диода 32; причем диод 32 выбирают таким, чтобы время жизни неосновных носителей в его базе (это время опре деляет величину и скорость спада накопленного в базе диода 32 избыточного заряда QSZ) было больше жизни неосновных носителей в п-базе тиристора 20.Поэтому тиристор 20 первым в момент t. восстанавливает непроводящие свойства в обратном нап- равлении (фиг.2е) и именно к нему в данный момент времени прикладывается практически все напряжение Е(1С„;-1 в обратном направлении (фиг.2а), .так как диод 32 в момент еще имеет существенно меньшее, чем у тиристора 20, сопротивление в обратном направлении. иЗ-за оставшегося в нем избыточного заряда.Таким образом,импулбс обратного анодного напряжения сохраряется на тиристоре 20 до момента когда заканчивается процесс снижения до равновесного значения заряда неосновных носителей в базе диода 32 накопленного во время протекания через этот диод прямого анодного тока (интервал ц-ц на фиг.2т). В момент tg сопротивление диода 32 в обратном направлении резко увеличивается и на обмотке 13 перестает наводиться напр жение E -K-j-p, что приводит к появлению на тиристоре 20 прямого напряжения Е (фиг.2ж). Поскольку при комбинированном выключении двухоперационного тиристора необходимая для его запирания длительность импульса обратного анод ного напряжения как правило не превышает 2-3 МКС, такую малую длительность вполне можно обеспечить, выбра диод с временем жизни неосновных носителе1й в базе порядка 10 мкс. Однов ременно с процессом выключения тирис тора 20 при отпираний тиристора 30 начинается процесс дозаряда конденсатора по контуру 34-35-30 источ йик питания инвертора 36-27-34. Наличие источника напряжения в данном контуре позволяет восполнить потери энергии в коммутирующей LC-цепочке , имеющие место на интервале време ни tj-t: в момент t ток тиристоры 27 и 30 выключаются, после .чего в принципе возможна коммутация очередного основного тиристора инверВ следующий коммутационный такт сначала осуществляют от:Пирание тирис тора 28 и двухоперационного тиристора, шунтирукядего очередной запирае. гллй основной тиристор инвертора, а затеМу спустя время задержки tjiqg t2осуществляют отпирание тиристора 29 и под§чу импульса отрицательного тока управления на двухоперационный тиристор, который запирается комбинированным способом, как запирался двухоперационный тиристор 20 на предыдущем коммутационном такте. Регулирование времени 1з позвол.я&т: (как и в известном устройстве/ производить регулирование напряжения на конденсаторе 34, а значит и амплитуды тока в коммутирующей цепочке 33, что обеспечивает минимальные коммутационные потери при работе инвертора на изменяемую по величине нагрузку.I Кратковременное воздействие импульса обратного анодного напряжения на интервале выключения двухоперационного тиристора позволяет придать процессу выключения одномерный характер. В предлагаемом устройстве вклю- : чение первичных обмоток указанным образом позволяет эффективнее использовать коммутирующий трансформатор. Это объясняется тем, что на интервале коммутации основного тиристора 1, когда коммутирующий трансформатор работает с практически короткозамкнутой вторичной обмоткой(если не учитывать сопротивления проводящих вентилей 20, 1 или 7), его первичная цепь состоит из двух последовательно соединенных первичных обмоток 36 и 37, что. позволяет благодаря двухкратному увеличению коэффициента трансформации трансформатора 19 повысить вдвое амплитуду квазисинусоидального тока ij во вторичной обмотке по сравнению с известным устройством прототипом при прочих равных условиях (т.е. при неизмененных амплитуде тока 134. L С-цепочке и амплитуде обратного анодного напряжения на тиристорах 20-25, Запираемых комбинированным способом). Это обеспечивает двукратное увеличение коммутируемых основными тиристорами 1-6 токов при неизменной длительности приложения к этим тиристорам импульса обратного анодного напряжения (интервал на фиг.2) Формула изобретения Автономный инвертор напряжения, содержащий подключенные ко входным выводам трехфазный мост основных тиристоров, шунтированных обратными диодами, трехфазный мост двухоперационных тиристоров, между тиристорами каждой фазы которого включены две вторичных обмотки коммутирующего трансформатора, соединенные общей точкой с выходными выводс ми и выводами переменного тока моста основных тиристоров, и однофазный коммутирующий тиристорный мост с коммутирующей LC-цепочкой в диагонали переменного тока, тиристоры анолной группы которого зашунтированы обратными диодами, отличающийся тем, что с целью расширения функциональных возможностей за счет увеличения уровня коммутируемых токов нагрузки, между анодами тиристоров анодной группы однофазного моста согласно между собой включены две первичные обмотки коммутирующего трансформатора, точка соединения которых подключена к положительному входному выводу.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Бедфорд В.,Хофт Р.Теореия автономных инверторов.М.,Энергия,1969.

2.Забродин Ю.С. Узлы принудительной конденсаторной коммутации тиристоров, М., Энергия, 1974.

3.Забродин Ю.С. Автономные тиристорные инверторы с широтно-импульсным регулированием. М., Энергия, 1977.

4.Авторское свидетельство СССР

по заявке № 2766429/07,кл. Н02 М7/515 1979.

e ж