Параллельный инвертор Советский патент 1982 года по МПК H02M7/515 

1

Изобретение относится к области преобразователей энергии постоянного тока на входе в энергию переменного тока на выходе с помощью тиристорных инверторов, у которых коммутирующая емкость подключена параллельно нагрузке, и может быть использовано в качестве источника пер менного тока регулируемой частоты с прямоугольной формой выходного сигнала, ,Q

Известен параллельный инвертор мостового типа с нагрузкой в диагонали моста, содержащий тиристоры, диоды, а также коммутирующий конденсатор 1 индуктивность, выполненную в виде 5 двух многообмоточных дросселей насыщения l .

Такой инвертор позволяет получить устойчивое инвертирование в определенном диапазоне нагрузок и прямо- 20 угольную форму напряжения на выходе. К недостаткам его следует отнести разрывность выходного сигнала, что приводит к снижению энергетических

возможностей за счет падающей выходной характеристики в функции частоты и, как следствие, к ограничению частотного диапазона.

Недостатком этого инвертора является также сложность конструкции, а именно наличие двух самостоятельных источников заряда коммутирующего конденсатора, а также необходимость введения вспомогательных тиристоров, .установленных в целях коммутации.

Наиболее близким является параллельный тиристорный инвертор, содержащий коммутирующие элементы с индуктивностью и конденсатором, подключен ным между смежными плечами моста и отделенными диодами от выходных клемм, расположенных в диагонали моста и йепосредственно связанных с диодами 2 J.

Недостатком инвертора является то, что время приложения обратного напряжения к выключаемым тиристором, а гакже форма выходного напряжения за39висит от нагрузки. Это также приводи к снижению энергетических возможностей за счет падающей выходной характеристики и функции частоты и нагрузки. Кроме того, такой инвертор чувствителен к характеру нагрузки и изменение характера нагрузки в процессе работы может привести к потере устойчивости, что неудобно в эксплуатации. Цель изобретения - улучшение энергетических показателей. Поставленная цель достигается тем что инвертор, содержащий подключенный к источнику питания тиристорный мост, последовательно с тиристорами которого включен индуктивный элемент , соединенный в анодных плечах моста последовательно с отсекающими диодами, катоды которых соединены с выходными выводами, причем между катодами тиристоров yKa3afiHHX анодных плеч включен коммутирующий конденсатор, а также два диода рекупера ции, сна&кен дополнительным источником питания, а индуктивный элемент выполнен в виде двух пятиобмоточных дросселей насыщения, три основных обмотки каждого из кото|Л1х соединены согласно и включены две в синфазные плечи моста,третья последовательно с коммутирующим конденсатором, четвертая обмотка рекуперации - последовательно с диодом рекуперации, а пятая обмотка смещения подключена к дополнительному источнику питания Инвертор обеспечивает повышение энергетической эффективности за счет получения жесткой выходной характеристики в функции нагрузки и частоты а также обладает улучшенными эксплуатационными свойствами, так как нечувствителен к характеру нагрузки и резкому е;е изменению по величине. На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства; на фиг.2 временные диаграммы напряжений на элементах инвертора; на фиГ. 3 - характеристика намагничивания материала сердечников. Устройство включает источник 1 постоянного напряжения сети с величиной напряжения, равной Е, тиристоры 2-5, коммутирующий конденсатор 6, линейный дроссель (индуктивность) 7, дополнительный источник 8 .смещения, диоды 9 и 10 рекуперации, отсекаюи ие диоды If и 12, нагрузку 4 13, выходные выводы 1 и 15, сердечНИКИ 16 и 17 дросселей насыщения. Обмотки дросселя насыщения, располо-. женные на сердечнике 16, включают основные обмотки 18-20, обмотку 21 рекуперации, обмотку 22 смещения, а обмотки дросселя насыщения, расположенные на сердечнике 17, включают также основные обмотки 23-25, обмотку 26 рекуперации, обмотку 27 смещения. Начала обмоток обозначены точками . Материал сердечников 16 и 17 магнитомягкий с прямоугольной формой петли гистерезиса. Временные диаграммы напряжений на элементах инвертора (фиг. 2) представляют собой напряжения О- на тиристорах 4 и 5, S - а тиристорах 2 и 3, на конденсаторе 6, - на нагрузке 13, 3 - на обмотках 19, 20 (18, 21, 22),. С- на обмотках .2k. 25 (23, 26, 27). За положительное значение напряжений принято: на обмотках - напряжение, полсйкительный знак которого приложен к началу обмотки, на тиристорах напряжение на анодах, на конденсаторах - полярность, полученная при заряде через тиристоры и 5При анализе схемы обозначены , W %2.. гЪ 24 21з W26 WIT - числа витков соответствующих обмоток. Для простоты изложения примем. ,.2.4 ,,, Wi Исходное состояние схемы. В цепи источник 8 - индуктивность 7 - обмотки 22, 27 протекает ток смещения указанного направления (фигv1). Сердечники 16 и 17 насыщены под влиянием тока смещения и рабочая точка их о 1ределяется точкой I (фиг. З). Величина индуктивности 7 достаточна для обеспечения постоянства тока смещения (режим вынужденного намагничивания) Т с/л 2J САЛ WiJ. Напряжение н5 конденсаторе 6 равно нулю. Схема работает следующим образом. С подачи запускающих импульсов на тиристоры k и 5 в момент времени Ьр(фиг. 2) Не1чинается заряд коммутирующего конденсатора 6. Конденсатор заряжается по цепи 1-4-23-6-18-19-11-25-5-1. Рассматриваем эту цепь. Обмотки Wj и W2 сердечника 17 включены встречно по отношению друг к другу, магнитные поля, созданные током заряда конденсатора 6, протекающим через эти обмотки, взаимно компенсируют друг друга и,следователь но, эти обмотки в заряде конден сатора б участия не принимают. Так как обмотки и W включены . . встречно по отношению к обмотке сме (цения , то напряжение сети в момент времени t скачком прикладывается к этим обмоткам, причем напряжение обмотки 19 вычитается из прямого напряжения, приложенного к закрытому тиристору 2, а напряжение обмотки 20 вычитается из прямого на пряжения, приложенного к закрытому тиристору 3- Рабочая точка сердечника 16 перемещается из положения I в положение III, сердечник выходит из насыщения. Так как /эдюссели нас щения находятся в режиме вынужденного намаг(«1чивания, то ток заряда конденсатора 6 постоянен по величине и определяется как см Wil W-fB Таким образом, при условии, что Rj, «СО , магнитное состояние сердечника 17 удерживается ампервиткам смещения в положении I, т.е. сердеч ник остается насыщенным. При величине сопротивления нагрузки, не равном бесконечности, то нагрузки протекает по цепи 1- -2l -12-15-13-1«-25-5. Под влиянием тока нагрузки, протекающего по обмоткам 2 и 25, создаются ампервитки, противоположные по знаку ампервиткам смещения, стре мящиеся вывести сердечник 17 из насыщения. Однако при соблюдении условия 1н(Уа:4 2е рабочая точка сердечника 17 располагается между точками I и IИ, следовательн сердечник 17 остается насыщенным и не влияет на работу схемы. Напряжение на нагрузке равно напряжению питания и равно Е (фиг. 2е). В момент времени t напряжение н конденсаторе 6 равное Е. Напряжение на обмотках 18-20 равно нулю. Величина индукции сердечника 16 определ ется точкой, расположенной Между точками III и IV (фиг. 3).В интервале , с:ердечник 16 перемагничивaёtcя под влиянием ампервитков смещения и в момент времени t воз вращается в исходное состояние - - , точка I. В перид tj-t напряжение обмоток 19 и 20 является положительным по отношению к тиристорам 2 и 3- К моменту времени t конденсатор 6 заряжается до +2 и сохраняет это значение до следующего коммутационного интервала, так как диод 11 исключает разряд конденсатора 6 на нагрузку 13. В интервале времени tp-t j ток в нагрузку 13 tKJCTynaeT по одной и той же цепи, причем напряжение на нагрузке 13 постоянно и равно Е. В момент времени tj вклпчают вторую .пару тиристоров 2 и 3 Напряжение на нагрузке 13, сохраняя свою величину, скачком меняет полярность, при этом ток « нагрузку 13 начинает поступать по цепи 1-2-19-11-Й-13-15-20-3-1. все процессы протекают аналогично описанным аыме с той разницей, что конденсатор 6 заряжается не с нулевых начальных условий, а перезаряжается с напряяения f2E до напряжения -2Е. Напрямение перезаряда конденсатора 6 ог| аничено обмоткой рекуперации и при условии, что W -«ав ( ) « ает 2Е. При включении тиристоров 2 и 3 ток перезаряда конденсатора 6 определяется обмотками 23 и 2k. При этом к обмоткам 23 и 2 прикладывсются напряжение, равное сумме напряж тй сети и конденсатора, т.е. ЗЕ. Так как принято, что W то на обнотках 2% и 25 выделяется напряжение, равное 1,5Е, отрицательное по отнооенип к открытым тиристорам 4 и S. Так как напряжение сети равно Е, то в итоге к тиристорам « и 5 прикладывается запирающее напряжение 0.5Е., Время приложения обратного напряжения определяется интервалом Ц-. т.е временем разряда конденсатора 6 с напряжения 4-2Е до напряжения -i-E. За это время тиристоры t и 5 запираются , Максимальной, велйчины индукции сер дечник 17 достигает в момент времениtg, причем на фиг. 3 это состояние сердечника 17 характеризуется точкой IV. В интервале tf-tj сердечник V7 перемагничивается ампервйтками смещения и к моменту t возвращается в положение I причем уровень напряжения на обмотках 23-25 определяется обмоткой 26 ив нашем случае соответствует величине Ь/Л Обмотка 26 ;Вступает в работу в момент времени tj после того, как отпирается диод 10. Окончание периода .коммутаци соответствует моменту Ц. Начиная с второго такта процесс периодически повторяется. Равенство всех рабочих витков не является обязательным условием рабо ты инвертора, однако целесообразно из условия получения максимального тока в нагрузке. Формула изобретения Параллельный инвертор, содержащи подключенный к источнику питания ти ристорный мост, последовательно с :тиристорами которого включен индукт ный элемент, соединенный в анодных плечах моста последовательно с отсекающими диодами, катоды которых б8 соединены с выходными выводами, причем между катодами тиристоров ука- занных анодных плеч включен коммутирующий конденсатор, а также два диода рекуперации, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью улучшения энергетических показателей, он снабжен дополнительным источником питания, а индуктивный элемент выполнен в виде двух пятиобмоточных дросселей насыщения,три основных обмотки каждого из которых соединены согласно и включены две в синфазные плечи моста, третья последовательно с коммутирующим конденсатором, четвертая обмотка рекуперации - последовательно с диодом рекуперации, а пятая обмотка смещения подключена к дополнительному источнику питания. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Глазенко Т.Д. Полупроводниковые преобразователи в электроприводах постоянного тока. Л., Энергия, 1973, с. 285, рис. 5-9. : 2. Чиженко И.М. и др. Основы преобразовательной техник-и. М. , Высшая школа, 197, с. 268, рис. 8.366.