Автономный инвертор Советский патент 1982 года по МПК H02M7/515 

(5«) АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР

1

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано при создании тиристорных комплексов, обеспечивающих электроснабжение .цехов на повышенных частотах при высоком качестве энер гии.

Известен автономный инвертор с улучшенной формой кривой выходного напряжения, содержащий два трехфазных тиристорных моста с отсекающими диодами и коммутирующими конденсато рами, при этом вцепь питайия тиристорных мостов включены тиристоры и вторичная обмотка вольтодобавочного трансформатора, первичная обмотка которого соединена с выходом дополни тельного однофазного инвертора, соб- ранного по схеме с отсекающими диодами. К выводам переменного тока трехфазных тиристорных мостов, подключены выводы первичный обмоток выходных трансформаторов, вторичные обмотки.

которых включены последовательно. При этом между выходными выводами вторичных обмоток и нагрузкой включен фильтр СО.

Однако распределение мощности между инверторными мостами с помощью двух трансформаторов, вторичные об-..v мотки которых соединены последовательно, не является оптимальным с

10 точки зрения массогабаритных, стоимостных и энергетических соображений. Последовательное соединение вторичных обмоток трансформаторов решает проблему равномерной на15грузки Тиристорных мостов по току лишь в ограниченном частотном диапазоне, В указанной схеме коммутирующие конденсаторы включены параллельно первичным обмоткам трансформа20торов через отсекающие диоды. На относительно низких частотах, когда время, в течение которого конденсаторы подключены к трансформатору,мало по сравнению с шестой частью периода (интервалом)J оба моста загружены равномерно. С ростом частоты время перезаряда конденсаторов становится сравнимым с интервалом. При этом воз никает разбаланс токов, потребляемых мостами от источника постоянного напряжения, определяемый межфазным и межмостовым разбалансом конденсаторных батарей, несимметрией управления различием динамических и статических характеристик тиристоров. Кроме того наличие последовательных элементов в выходных фильтрах, последовательное включение вторичных обмоток приводит к смягчению внешней характеристики, являющейся к этому же частотозависи мой..Указанная схема сложна. Она содержит значительное количество венти лей, конденсаторов и три трансформатора. Способ включения трансформаторов исключает использование одного моста в автономном режиме на половин ную мощность в тех случаях, когда это возможно (при пониженной нагрузке) или необходимо (ремонтно-профилактические работы). Известе н акже автономный инверто с улучшенной формой кривой выходного напряжения, содержащий два трехфаз ил п гчали LJL4а г-/лг о от п са л тгчо v/bao - ных тиристорных моста, выводы постоянного тока которых связаны со входными выводами через сглаживающие дроссели, а выводы переменного тока каждого моста соединены через конден саторы между собой и через трехфазный трансформатор с выходными выводами инвертора, причем трансформатор имеет шесть первичных обмоток, три из которых соединены звездой и подключены к выводам переменного тока одного тиристорного моста, а три дру гих - треугольником и подключены к выводам переменного тока другого моста 2, Недостатками указанного инвертора явля1бтся зависимость выходного напряжения от параметров нагрузки и не возможность реализовать симметрию секций инвертора, что приводит к неравномерному распределению потребляе мого тока между мостами и следовательно к уменьшению выходной мощности инвертора и ухудшению качества кривой его выходного напряжения. Введение в схему автономного инвертора мостов обратных диодов, связанных с выводами переменного тока 9 84 тиристорных мостов через дроссели, позволяет получить жесткость внешней характеристики, пригодную для работы инвертора на резко переменную нагруз yf 3j. Однако импульсный характер токов, протекающих в контурах компенсации реактивной мощности, приводит к ухудшению использования вентилей схемы по току и повышению установленной мощности электромагнитных элементов. Наиболее близким к предлагаемому является автономный инвертор с улучшенной формой кривой выходного напряжения, содержащий два трехфазных тиристорных моста, выводы постоянного тока которых связаны со входными выводами через дроссели фильтра, а выводы переменного тока соединены через конденсаторы между собой и подключены к выводам первичных обмоток выходных трансформаторов, вторичные обмотки которых включены последовательно. При этом к выводам переменного тока каждого тиристорного моста подключено устройство регулирования lpeaкtивнoй мощности, выполненное по схеме с линейными дросселями, послед ательно соединенными со встречно-параллельными тиристорами О. Данному инвертору в равной степени присущи те же недостатки, которые отмечены для схемы инвертора ij. Кроме того, существенным недостатком схемы является большое количество .. регулирующем устройстве)., массы и габариты которых составляют до 20 массы и габаритов всего инвертора. Цель изобретения - уменьшение массы и габаритов инвертора. Указанная цель достигается тем, что автономный инвертор с улучшенной формой кривой выходного напряжения, содержащий два трехфазных тиристорных моста, выводы постоянного тока которых связаны со входными выводами, причем с одним из них - через соответствующие дроссели фильтра, а выводы переменного тока соединены через кoндeнcaтopы между собой и через многообмоточный индуктивный элемент с выходом инвертора, а также регулирующие тиристоры и дроссели, снабжен разделительными диодами, которые . вместе с регулирующими тиристорами и дросселями соединены в три индуктивно-вентильные группы, каждая из которых включает в себя четыре тиристо ра, два диода и дроссель, включенный между точкой соединения катодов тиристоров и точкой соединения анодов, причем катод диода и аноды двух тиристоров каждой группы подключены к соответствующим выводам переменного тока одного тиристорного моста,а катод другого диода и аноды двух других тиристоров данной группы подключены к соответствующим выводам переменного тока другого моста, при этом многообмоточный индуктивный эле мент выполнен на одном магнитопроводе и имеет вторичную и две первичные обмотки, одна из которых соединена в звезду и подключена к выводам переменного тока одного тиристорного мос та, а другая соединена в треугольник и подкт)чена к выводам переменного тока другого тиристорного моста. На чертеже показана схема автоном ного инвертора. Автономный инвертор с улучшенной формой кривой выходного напряжения содержит трехфазные тиристорные мосты 1-6 и 7-12, выводы постоянного тока которых связаны со входными выводами через дроссели фильтра 13 и k, а выводы переменного тока соединены через конденсаторы 15-17 и 1820 между собой и через многообмоточ ый индуктивный элемент 21 с выходом инвертора. Инвертор содержит также регулирующие тиристоры 22-23,дроссели и снабжен разделительными диодами , которые вместе с регулирующими тиристорами 22-23 и дросселями соединены в три индуктивно-вентильные группы, первая из кото рых включает в себя тиристоры 22, 25 30 и 33. диоды 39 и и дроссель 3 включенный между точкой соединения катодов тиристоров 22, 25, 30 и 33 и точкой соединения анодов диодов 39 и 0, причем катод диода 39 и аноды тиристоров 22 и 25 подключены к выво дам переменного тока С А В моста 1-6, а катод диода kQ и аноды тиристоров 30 и 33 к выводам переменного тока ,С 2 моста 7-12 соответственно. Другая индуктивно-вентильная груп па образована тиристорами , 27, 29 и 32 диодами 37 и 41 и дросселем 35, включенным между катодами тирис торов 2, 27,29 и 32 и анодами диодов 37 и 41, причем катод диода 37 и аноды тиристоров 24 и 27 присоедине98 ны .. ., выводам переменного тока А В. С, моста 1-6, а катод диода 41 и аноды тиристоров 29 и 32 - к выводам переменного тока , моста 7-12.Третья индуктивно-вентильная группа включает в себя тиристоры 23, 26, 28 и 3, диоды 38 и 42 и дроссель 36, включенный между катодами тиристоров 23, 26, 28 и 31 и анодами диодов 38 и 42, причем катод диода 38 и аноды тиристоров 23 и 26 присоединены к выводам моста 1-6, а катод диода 42 и аноды тиристоров 28 и 31 - к выводам моста 7-12 соответственно. Многообмоточный индуктивный элемент 21 имеет вторичную обмотку 43 и первичные 44 и 45, причем обмотка 44 соединена в звезду и подключена к выводам переменного тока тиристорного моста Г-6, обмотка 45 соединена в треугольник и подключена к выводам переменного тока моста 7-12. Автономный инвертор работает следующим образом. Тиристорные мосты 1-6 и 7-12 осуществляют преобразование постоянного напряжения в переменное трехфазное напряжение. Так как первичная обмотка 44 трансформатора 21 соединена звездой, а обмотка 45 - треугольником, то между соответствующими линейными напряжениями должен быть обеспечен сдвиг фаз, равный 30 эл.град., что достигается сдвигом во времени управляющих импульсов, подаваемых на мосты тиристоров 1-6 и 7-12. Кроме того, число витков первичной обмотки 44 должно быть в 1/3 раз меньше, чем число витков обмотки 45- Чем точнее выполняются указанные условия, тем выше качество выходного напряжения инвертора. Стабилизация выходного напряжения инвертора осуществляется блоком регулирования реактивной мощности, который включает в себя регулирующие тиристор)ы 22-33, дроссели 34-36 и разделительные диоды 37-42. При работе инвертора на номинальную нагрузку тиристоры 22-33 закрыты, поэтому реактивная мощность конденсаторов 15-17 и 18-20 расходуется только на создание требуемого угла запирания f и компенсацию реактивной мснцности нагрузки. При отключении части нагрузки высвобождающаяся реактивная мощность емкостного характера компенсируется индуктивной составляющей тока, кото рый протекает по дросселям З+Зб и распред еляется по фазам инвертора с помощью тиристоров 22-33 и диодов . Каждый из дросселей З+Зб поочередно подключается на соответст вующие линейные напряжения сначала одного моста, затем другого. Например, дроссель З после открывания тиристора 30 и диода 0 подключается на линейное напряжение ид„в моста 2-7 и через 60 с помощью тиристора 33 и диода /40 на напряжение (icz затем с помощью тиристоров 22-25 и диода 33 подключается последовательна линейные напряжения U но моста 1-6. Предлагаемое устройство наиболее целесообразно применять как источник питания групповой двигательной нагрузки на повышенных частотах. Такие устройства должны удовлетворять следующим требованиям: значительная мощность в единице оборудования, выг сокое качество кривой выходного напряжения, стабильность величины выходного напряжения в широком диапазоне нагрузки (от номинальной загрузки до холостого хода инвертора) удобство перехода на новую выходную частоту, простота ремонта и обслуживания . Описанная схема автономного инвер тора удовлетворяет этим требованиям. Высокое качество кривой выходного напряжения обеспечивается путем геометрического сложения в трансформаторе магнитных потоков, наводимых выходными токами тиристорных мостов, а также благодаря внутренней фильтрации за счет включения коммутирующе батареи параллельно обмоткам трансформатора . Улучшение кривой выходного напряжения достигается без применения выходных фильтров, при этом кривая выходного напряжения имеет ко эффициент несинусоидальности, не пре вышающий в широком диапазоне частоты и нагрузки. Наиболее существенным является уменьшение количества электромагнит ных элементов (три регулирующих дросселя вместо шести в схемах инве торов Гз и ). Это дает возможность, кроме уменьшения массы и габаритов инвертора, повысить степень унификации и снизить трудоемкость изготовления инвертора за счет уменьшения количества нестандартных элементов. Формула изобретения Автономный инвертор с улучшенной формой кривой выходного напряжения, содержащий два тиристорных трехфазных моста, выводы постоянного тока которых связаны с входными выводами, причем с одним из них - через соответствующие дроссели фильт{5а, а выводы переменного тока соединены через конденсаторы между собой и через многообмоточный индуктивный элемент с выходом инвертора, а также регулирующие тиристоры и дроссели, отличающийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов инвертора, он снабжен разделительными диодами, которые вместе с регулирующими тиристорами и дросселями соединены в три индуктивно-вентильные группы, каждая из которых включает в себя четыре тиристора, два диода и дрос сель, включенный между точкой соединения катодов этих тиристоров и точкой соединения анодов диодов, причем катод диода и аноды двух тиристоров каждой группы подключены к соответствующим выводам переменного тока одного тиристорного моста, а катод другого диода и аноды двух других тиристоров данной группы подключены к соответствующим выводам переменного тока другого тиристорного моста, причем многообмоточный индуктивный элемент выполнен на одном магнитопроводе и имеет вторичную обмотку и две первичные, одна из которых соединена в звезду и подключена к выводам переменного тока одного тиристорного моста, а другая соединена в треугольник и подключена к выводам переменного тока другого тиристорного моста. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Повышение эффективности устройств преобразовательной техники, ч. k, Киев, Наукова думка, 1973, с. 168.

с. 98, рис. 2-36 а.

Ц. Авторское свидетельство СССР ff 183269, кл. Н 02 М , 1966.