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

.(5) АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротёх нике и может быть использовано в устройствах электропривода и преобразователях частоты со звеном постоянного тока. Известны схемы автономных инверторов напряжения с узлами коммутации основных тиристоров, построенные на основе однофазного тиристорного моста, в диагонали которого включена коммутирующая цепочка из конденсатора и дросселя fl1 и 2 Х Однако в указанных устройствах имеет место общая или групповая коммутация основных тиристоров инвертора, и следовательно, не обеспечивается такой гармонический состав выходного напряжения, который достигается при повентильной коммутации тиристоров, например, методом дополнительных коммутаций на полупериоде з1. Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является схема автономного инвертора напряжения. содержащего трехфазные мосты основных |тиристоров и обратных диодов, однофазный мост коммутирующих тиристоров и три коммутирующих трансформатора,, вторичные обмотки которых включены последовательно основным тиристорам соответствующей фазы инвертора, а первичные обмотки с последовательно подключенными распределительными тиристорами образуют три соединенные параллельно между собой распределительные цепочки, одни концы которых подключены к тиристорам катодной группы упомянутого однофазного моста, другие концы подключены через дозарядный тиристор к отрицательному входному выводу, $ через вспомогательный диод - к положительному входному выводу, В данной схеме инвертора осуществляется повентильная коммутация . основных тиристоров по следов а те ль типа, которая обеспечивает хоро ший гармонический состав выходного напряжения, а также жесткость выход39ной и линейность регулировочной характеристик инвертора. Кроме того, предусмотрено регулирование начально го напряжения на коммутирующем кондейсаторе, а значит и амплитуды колебательного тока в коммутирующей цепочке в зависимости от величины тока нагрузки, что при работе инвертора на переменную по величине нагру ку обеспечивает экономичное расходоайние коммутационной энергии, требуемой для запирания основных тиристоров, т.е. повышается КПД устройства 4. Недостатками устройства являются сравнительно сложная схема инвертора и его неудовлетворительные массогабаритные показатели, что обусловлено наличием в инверторе трех коммутирующих трансформаторов, сердечники которых имеют воздушные зазоры. Цель изобретения - .улучшение массогабаритных показателей и упрощение устройства. Поставленная цель достигается тем что в автономный инвертор напряжения содержащий трехфазные мосты основных тиристоров и обратных вентилей, одно фазный мост коммутирующих тиристоров с коммутирующим конденсатором в диагонали переменного тока, катодная группа тиристоров которого подключена через дозарядный тиристор к отрицатель ному входному выводу, а через вспомогательный диод к положительному входному выводу, а также коммутирующий индуктивный элемент, в качест ве последнего использован линейный коммутирующий дроссель, один конец которого подключен к положительному входному выводу, а другой конец к анодам основных и коммути1)ующих тиристоров, образующих анодные группы упомянутых мостов, а в качестве обратных вентилей используют тиристо ры. На фиг. 1 представлена принципиал ная схема автономного инвертора напряжения; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройств на интервале коммутации. Инвертор содержит трехфазные мосты основных 1-6 и обратных тири торов, нагрузку 13, однофазный мост коммутирующих тиристоров с ком мутирующим конденсатором 18 в диагонали переменного тока, к катодной группе тиристоров которого подключены анодами дозарядный тиристор 19 и вспомогательный диод 20, а к анодной группе однофазного моста подключен линейный коммутирующий дроссель 21. Инвертор работает следующим . Пусть в начальный момент времени t открыты тиристоры 1, 3 и 5, а коммутирующий конденсатор 18 заряжен до напряжения U, при положительном потенциале на правой обкладке, причем, UQ7 Е из-за раскачки напряжения в колебательном LC-контуре, где Ел - напряжение источнику, питания. В момент времени t. начинается процесс коммутации тиристора 1, для чего подают отпирающие импульсы управления на тиристоры Н, 16 и 10. При этом конденсатор 18 начинает перезаряжаться по контуру тиристор 16 диод 20 - дроссель 21 - тиристор Ц (фиг. 2 а), где - напряжение на, конденсаторе 18. Период перезаряда приближенно (без учета активных потерь) выражается формулой : . Т 21Г1/1Г, (1) где С - значение емкости конденсатора 18; L - значение индуктивности дросселя 21. Так как UQ ; результирующее напряжение в контуре дроссель 21 источник - тиристоры 10 и 1 - дроссель 21 оказывается обратным для тиристора 1. Анодный ток iq через неГО в момент времени t изменяет свое направление на обратное, а в момент tj когда восстанавливает блокирующие свойства анодный р-п переход тиристора 1 , на нем появляется обратное анодное напряжение (фиг. 2 в). В момент t ток фазы А переключается на тиристор 10 и напряженке фазы А ид изменяет полярность на противоположную (фиг. 2 г) практически без задержки относительно начала процессу коммутации тиристора 1. Это позволяет-обеспечить жесткость внешней и линейность регулировочной характеристик инвертора. В момент to 43 тиристоре 1 появляется прямое анодное напряжение, и к этому моменту времени он должен успеть восстановить непроводящие свойства. В момент tj производят отпирание дозарядного тиристора 1 и начинается процесс дозаряда конденсатора 18 по контуру тиристоры 18 и 19 - источ ник - дроссель 21 - тиристор 1. Наличие источника напряжения EJ в данном контуре позволяет восполнить потери энергии в конденсаторе 18, име. ющие место на интервале времени t.-t В момент t ток в конденсаторе 18 спадает до нуля, после чего в момент t тиристоры 14 и 16 и 19 восстанав ливают непроводящие свойства, а на тиристоре 1 устанавливается прямое напряжение Ej . . Начиная с момента ц в принципе возможна коммутация очередного основ ного тиристора инвертора. В следующи коммутационный такт сначала осуществляют отпирание тиристоров 15 и 17, а также того тиристора из числа который обеспечивает подачу обратного анодного напряжения,на очередной запираемый, тиристор инвертора. Затем спустя время задержки t.- t , осуществляют отпирание доЗарядного тиристора 19. Регулирование интервала мп позволяет как и в противопоставляемом устройстве производить регулирование напряжения на конденсаторе 18,.а значит и амплитуды коммутационного тока что обеспечивает минимальные коммутационийе потери при работе инвертора на изменяемую по величине нагрузку : Предлагаемое устройство характеризуется простотой и улучшенными массогабаритными показателями по сравнению с известным. Это достигается использованием в качестве обратных вентилей, тиристоров вместо диодов, причем данные тиристоры выполняют и функции распределительных тиристоров обеспечивая повентильную коммутацию основных тиристоров инвертора. Применение одного линейного коммутирующего дросселя вместо трех коммутирующих трансформаторов. Из-за подмагничивания протекающим по вторичным обмоткам током нагрузки сердечника коммутирующих трансформаторов известного устройства работают на частнрм ци.кле петли гистерезиса. Это ухудшает массогабаритные показатели трансформаторов и всего инвертора в целом. Кроме того, коммутирующие трансформаторы сложны в изготовлении, так как их сердечники должны иметь строго определенную длину воздушного зазора для получения требуемой индуктивности L, значение которой согласно формуле (1) определяет время перезаряда коммутирующего конденсатора и часть этого времени -продолжительность приложения к основному тиристору обратного анодного напряжения (интервал t на фиг. 2 в). Сравнительно небольшая индуктивность L(особенно при использовании основных тиристоров с малым временем выключения) требует довольно большой длины воздушного зазора, которая приводит к значительному выпучиванию магнитного потока в зазоре. Это резко затрудняет аналитический .оасчет проектируемого трансформатор и не позволяет обеспечить хорошую магнитную связь между его первичной и вторичными обмотками, которая необходима для передачи импульса запирающего напряжения с коммутирующего конденсатора на основние тиристоры с наименьшими потерями. :В данном же устройстве коммутирующий дроссель имеет одну обмотку и может быть выполнен без ферромагнитного сердечника. Формула изобретения Автономный инвертор напряжения, содержащий трехфазные мосты основных тиристоров и обратных вентилей, однофазный мост коммутирующих тиристоров с коммутирующим конденсатором в диагонали переменного тока, катодная группа тиристоров которого подключена через дозарядный тиристор к отрицательному входному выводу, а через вспомогательный диод - к положительному входному выводу, а также коммутирующий индуктивный элемент, отличающийся тем, что, с . целью улучшения массогабаритных показателей и упрощения, в качестве коммутирующего индуктивного элемента использован линейный коммутирующий дроссель, один конец которого подключен к положительному входному выводу, а другой конец - к анодам основных и коммутирующих тиристоров, образунйцих анодные группы упомянутых мостов, а в качестве обратных вентилей использованы тиристоры. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Японии tT «7-12087, кл. 56 С 6, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР - , кл. И 02 М 7/515, 1968. 3.Попков 0. 3. Автономные инверторы напряжения с улучшенной формой