Способ для управления вспомогательными тиристорами низковольтного автономного инвертора напряжения Советский патент 1982 года по МПК H02P13/18 

ки меходу отпирающими импульсами управления на коммутирующий тиристор, . подключенный к одной шине источника питания инвертора, и сбрасывающий тиристор, подключённый к противоположной шине источника питания, по закону, обеспечивающему неизменность длительности обратного анодного напряжения на основных тиристорах при изменении тока нагрузки, причем максимальное значение указанной задержки не превышает продолжительности полупериода свободных колебаний контура сброса.

На -фиг. 1 показана принципиальная схема устройства, реализующего данный способ управления вспомогательными тиристорами инвертора; .на фиг.2траектории коммутационного процесса, иллюстрирующие данный способ; на фиг. 3 - семейство зависимостей за.держки импульсов, управления на в.спомогательные тиристоры от т.Ока нагрузки, обеспечивающих заданаые значения длительности импульсов обратного ано ного напряжения на основных тиристорах.. ..

Автономный, инвертор напряжения работает на нагрузку 1, и каждое его вентильное плечо представляет собой однофазный тйристорный мост 2, подключенный диагональю постоянного тока к источнику питания инвертора. В диагонали переменного тока мост 2 содержит коммутирующую реактивную цепочку 3 из конденсатора 4 и дросселя 5. Одно плечо моста 2 образуют основные тиристоры б и 7/ зашунтированные обратными диодами - 8 и 9, а другое плечо образуют вспомогательные тиристоры 10-13, причем два из них коммутирующие тиристоры 10 и 11 включены в прямом направлении по отношению к источнику питания инвертора, а шунтирующие их сбрасывающие тиристоры 12 и 13 - в обратном направлении. Управление вспомогательными тиристорами 10-13 осуществляют от блока 14, входящего в состав систег мы управления инвертором. В состав блока 14 входит формирователь 15 регулируемой задержки, который задает интервал задержки между импульсами управления, поступающими с блока 16 управления сбрасывающими тиристорами и блока 17 управления коммутирующими тиристорами,соответственно на сбрасывающие 12 и 13 и коммутирующие 10 и 11 тиристогж в зависимости от в личины тока нагрузки,контролируемого датчиком,выходной сигнал с которого поступает на вход формирователя -15.

Работа -инвертора по данному спосо бу. управления происходит следующим рбразом.

Пусть в начальный момент времени to открыт основной тиристор б инвертора, который нужно запереть, коммутирующий конденсатор 4 заряжен до напряжения Ue(0) при положительном потенциале на правой обкладке. Ток через него не протекает. На фазовой плоскости (фиг. 2) этому состоянию конденсатора соответствует точка 1. Здесь и в дальнейшем буквенные и цифровые обозначения со штрихами означают, что управление вспомогательными тиристорами инвертора осуществляют по предлагаемому способу, а обозначения со звездочками - по известному способу.

В момент времени ti(которому на фазовой плоскости соответствует точка 1 с одним или несколькими штрихами) начинается процесс коммутации. Сначала из конденсатора 4 выводят избыточную энергию, для чего с блока 16 подают отпирающий импульс управления на сбрасывающий тиристор 12. Конденсатор 4 начинает разряжаться пЬ контуру сброса, отдавая энергию в источник питания инвертора. В момент tj (точка 2 с одним или несколькими штрихами на фиг, 2) с блока 17 управления подают импульс управления на коммутирующий тиристор 10. При его включении тиристор 12 оказывается под обратным напряжением Е и запирается, что приводит к прекращению сброса энергии из конденсатора 4 в источник питания. Интерзалу времени t2-t4 на фазовой плоскости соответствует дуга 1,2 и угол :6 (с одним или несколькими штрихами).Следует подчеркнуть, что в данном способе управления вспомогательными тиристорами угол S tTT , тогда как в противопоставляемом способе угол задержки о всегда принимает значение сг,

На интервале t -t (дуга. 2,3 на Фазовой плоскости) конденсатор 4 перезаряжается по контуру сброса. При этрм.через основной тиристор б протекает ток/ по величине разности IH-ig., где It квазисинусоидально изменяющийся во времени ток в коммутирующей цепочке.3. В момент t 3 возрастающий ток % сравнивается по величине с током нагрузки IH. В последующие моменты времени J.c,I, результирующий ток () оказывается обратным для тиристора 6 и переключается на диод 8, после чего тиристор б оказывается под обратным анодным напряжением, равным по величине прямрму падению напряжения на проводящем диоде 8. В момент йц ток i остигает своего максимального значения ICM (точка 4 на фиг.. .2) , а затем начинается его спад. В момент tj значение тока ic. сравнивается с током 1, после чего диод 8 закрывается, а на тиристоре б появляется прямое анодное напряжение. Таким образом, обратное анодное напряжение на тиристоре б сохраняется на интервале

toSo piacLt-a (дуга 3,5 и угол e-(t5- tj) i на фазовой плоскости) , и за это время этот тиристор должен успеть восстановить непроводящие свойства.

Протекание коммутационного процес-5 са после момента tj зависит от соотношения значений напряжения источника питания Ed и напряжения на конденсаторе 4 в данный момент времени Uc-Ct; -) .

Если DC (tg) Ed, то имеет месте 10 так называемый интервал полочки (например участок 5 - б на фиг,2), когда конденсатор 4 заряжается трком нагрузки, причем In const на интервале коммутации, поскольку нагруз-15 ка -обычно имеет сравнительно большую индуктивную составляющую. Поэтому участок 5-6 на фазовой плоскости близок к прямой горизонтальной линии попочке. После момента tg UeVEet, ;Q диод 9 оказывается под прямым напряжением и через него на интервале tj-t, протекает результирующий ток (1ц-ij,) , а конденсатор 4 дозаряжается, потребляя энергию от источника напряжения ,.

Если же в момент tg , когда i(, 1ц , выполняется неравенство Uc.(t5) Eej-, то имеет место режим без полочки (траектория 1 , 2, З , 4 , 5 - 5 , . 7 на фиг. 2) , когда диод 9 откры- вается сразу же в момент tv и начинается дозаряд конденсатора 4.

В момент t- ток ie спадает к нулю, а напряжение на конденсаторе 4 достигает своего максимального значе- 35 ния (точка 7 на фиг. 2). Оно рохраняется до начала следующего коммутационного этапа,которому на фа.зовой 1 плоскости соответствует перемещение рабочей точки по траектории на нижней)0 полуплоскости,причем в установившемся режиме при неизменном значении тока IH и угла 6 эта траектория симметична относительно начала координат описанной траектории верхней nonynnoq j кости. Это означает, что U-e.(t)r U(..(t) - Uj. (0) , т.е. от одного коммутационного такта к другому значения Uc.(0) и IUM остаются неизменными.

Формирование заданного значения /-л иначе говоря, интервала задержкк на сбрасывающие и коммутирующие ти- : ристоры taaa. , осуществляется с помощью формирователя 15 регулируег ой задержки, входным сигналом ко-; то рог о я вл яе тс я выхо д н ой си гн ал. дат- 55

чина тока нагрузки. Фор шрова елд 15 регулируемой задержки определяет длительность указанной задержки импульсов управления t. (иначе - значение угла 6 ) в зависимости от величины 60 то.ка нагрузки IH при выбранном значении времени tojf. (т.е. угла-9 ) по закону, представленному графически на фиг. 3 в относительных единицах «(1ц). Данная зависимость получе- 5

на численным решением на ЦВМ системы уравнений, описывающих перемещение рабочей точки на фазовой плоскости

CnL.y.C.

: ДЛЯ tet,-tj, , . , fl, td /ия ,

j- г. flaD АЛЯ let,Ч

i,

-5, fij +Ed ..s-hi

i-c Cft -Irt--COnst ftn«let5-t6, на которые наложен ряд условий:

Uc-(l,)Uc(t,); Uc( te(tj)--t.c(t5)lH;

to5p45-t3 comt,:t|oj trt, ,

где t,Uc:/i(. - текущие, значения времени, напряжения и тока коммутирующего конденсатора; Ejf,C,, Ln,tas.- заданные значения напряжения источника питания, емкости коммутирующего конденсатора, индуктивности коммутирующего дросселя и продолжительности обратного анодного напряжения на силовых тиристорах; гл ,rj. и г - из1вестные значения эквивалентных сопротивлений, учитывающих резистивные потери, соответственно в контурах сброса, коммутации и дозаряда; IH определенное значение тока нагрузки в заданном диапазоне изменения 3+(.vw47 H-wavtc / искомая продолжительность временной задержки импульсов управления, соответствующая определенному значению 1ц.

Если изменять значение угла 8 в диапазоне от О до ТГ, Т.е. регулировать с помощью формирователя 15 в определенных пределах временную задержку между подачей импульсов управ.ленйя на с расывазющий и коммутирукмди тиристоры ., Что со ставляет суть предлагаемого способа управления, то как это видно на фиг. 2, положение фазовой траекто Н1И коммутационного процесса (в том числе значения Ue(0) и IOM ) существенно изменяется (сравни траектории 1 -7 , l -7 и 1 , соответствующие углам S , В, и . Это объясняется тем, что предлагаемы способ управления вспомогательными тиристорами инвертора позволяет регулировать порции сбрасываемой из коммутирующего конденсатора энергии, цоркольку включение тиристора 10 служит не только для запирания основного тиристора 6, но также для прекращения сброса энергии из конденсатора 4 в источник питания с Сп.особ обеслечивает постоянство времени . (угла S) при различных токах нагрузки и таким образом улуч шает надежность работы инвертора. Как видно на фиг. 2 при коммутации двух разных по величине токов нагру ки 1н и ij, (IM i. lHJ) на тиристоре 6 поддерживается неизменной продолжительность импульса обратного анодного напряжения () . Это достиг ется путем соответствующего изменения с помощью формирователя 15 .регулируемой задержки значения угла S (5 5). Так, при уменьшении углаS или другими словами, при уменьшении времени задержки между импульсами управления на сбрасывающий и коммутирующий тиристоры tjokq сокращается продолжительность процесса сброса энергии из коммутирующего конденсатора в источник питания, т.е. в кон денсаторе остается больше энергии, используемой затем для запирания ти ристора б, что и требуется при увеличении тока .нагрузки. Таким же образом при уменьшении тока нагрузки можно путем увеличения времени tgo. (угла S ) уменьшать до требуемых зна чений напряжение Ue.(0) и ток ICM t добиваясь тем самым экономичного расходования коммутационной энергии при малых токах нагрузки. Следовательно КПД инвертора, работающего на изменяющуюся по величине нагрузку увеличивается при использовании пред ложенного способа управления. Иэ фиг. 2 видно, что при уменьше нии угла 5 растет начальное напряжение на конденсаторе Uc(0). При этом возрастают и максимальные напряжения на основных и вспомогательнЕЛХ тиристорах инвертора. Однако для низковольтных инверторов данное обстоятельство не является серьезным недос татком. Более того/ возрастание прямого напряжения на тиристорах до определенного .предела может улучшить работу инвертора за счет ускорения переходного процесса включения ти- ристоров. Таким образом, данное изобретение позволяет повысить надежность работы инвертора и улучшить его техникоэкономические показатели. Формула изобретения Способ для уг равления вспомогательными тиристорами Р1изковольтного автономного инвертора напряжения, каждое вентильное плечо которого представляет однофазный тиристорный мост, подключенный диагональю по-стоянного тока к источнику питания инвертора и содержащий в диагонали переменного тока коммутирующую цепочку из конденсатора и дросселя, одно плечо моста образуют основные тиристоры, зашунтированнце обратными диодами, а другое плечо - вспомогательные тиристоры (два коммутирующих и два сбрасывающих, включенных встречно-параллельно) , заключакицийся в том, что подают импульс управления на кoммyтиpyюJlJий тиристор с задержкой относительно момента подачи импульса управления на сбрасывающий тиристор, отличающийс-я тем, что, с целью повышения надежности путем обеспечения неизменности длительности обратного анодного напряжения на основных тиристорах, измеряют значение тока нагрузки и формируют интервал упомянутой задержки импульсов по закону, полученному из решения системы уравнений: C.L,ftt C-r Uc--fib Д.ПЯ - tg tet j4, ffr--Ed 9.M , .a,fl,--0 1м t , }-3 flnEdдля te it-- CK t - н - const дяя t € на которые наложены условия: Uc(t),--Ucftj); Uc(t6)--Ed; i-c(t5)Hc(t5)-lH, to6p. -.tj-ti, const; . .t -t -t jifUj cTгде -t. , Ue., lu - текущие значения времени, напряжения и тока коммутирующего конденсатора; Ejj , fttj p заданные значения напряжения источника питания, емкости коммутирующего конденсатора, индуктивности ком- мутирующего дросселя и продолжительности обратного анодного напряжения на силовых тиристорах; , Гг и известные значения эквивалентных сопротивлений, учитывающих резистивные потери, соответственно в контурах , коммутации и дозаряда; Ти определенное значение тока нагрузки в заданном диапазоне изменения lU.Muil.Ти.акв искомая продолжительность временной задержки импульсов управления, соответствующая определенному значению Т« .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Забродин Ю.С. Узлы принудительной конденсаторной коммутации тиристоров. Энергия, 1974, рис.2-11,а,

2.Там же, рис. 2-10,6.