Трехфазный автономный инвертор Советский патент 1982 года по МПК H02M7/515 

(54) ТРЕХФАЗНЫЙ АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР Изобретение относится к силовой преоб разовательной технике и может быть использовано для питания потребителей стабилизированным (регулируемым) напряжением заданной частоты в широком диапазоне изменения параметров нагрузки. Известен трехфазный автономный инвертор, содержащий тиристорный мост с параллельно подключенным обратным диодным мостом, при этом между выходными выводами инвертора включены последовательные LC-цепочки 1. Данный инвертор обладает узким частотным диапазоном за счет наличия резонансных контуров, высоким коэффициентом несииусондальности, зависимым от характера нагрузки, большим количеством реактивных элементов и полупроводниковых вентилей. Известен также автономный инвертор, в котором для поддержания выходного напряжения в заданных пределах применен короткозамкнутый выпрямитель, выводы переменного тока которого содинены с выходными выводами инвертора через дроссели 2. Известен также автономный инвертор, содержащий тиристорный мост, связанный со в.ходными выводами через сглаживающий дроссель, и блок компенсации реактивной мощности, выполненный в виде вертикально-конденсаторного моста, замкнутого на дроссель 3. Такое устройство обладает улучшенными массо-габаритными показателями, однако сокращение количества электромагнитных аппаратов и образование новых связей между элементами схемы сопровождается снижением надежности в работе, так как случайное перекрытие интервалов токопротекания регулирующих тиристоров приводит к короткому замыканию выходных выходов инвертора и, следовательно, к срыву инвертирования. Подключение вентильно конденсаторного моста к выводам переменного тока инверторного моста через дополнительные конденсаторы повышает надежность устройства, однако сопровождается ухудшением его массо-габаритных показателей 4. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является трехфаз:1ый автономный инвертор, содержащий тнристорный мост с дросселем фильтра в цепи питания, звезду коммутирующих конденсаторов, подключенную к выводам переменного тока тиристорного моста, а также цепочку из последовательно соединенных вентилей, включенную между выводами постоянного тока тиристорного моста в обратной полярности, и дроссель, подютюченный между точкой соединения вентилей этой цепочки и нулевой точкой звезды коммутирующих конденсаторов 5. Данный инвертор отличается простотой силовой схемы, отсутствием системы управления цепей компенсации реактивной мощности, однако при достаточно низкой частоте и значительной загрузке, когда угол запирания не превыщает 30 эл. град., система компенсации не функционирует. В результате в диапазоне угла запирания О-30 эл. град указанный инвертор обладает всеми недостатками, присущими параллельному инвертору тока. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и улучщение энергетических характеристик инвертора. Указанная цель достигается тем, что трехфазный автономный инвертор, содержащий мост с катодной и анодной группами тиристоров дроссель фильтра в цепи питания, звезду коммутирующих конденсаторов, подключенную к выводам переменного тока тиристорного моста, а также цепочку из последовательно соединенных вентилей и второй дроссель, подключенный между точкой соединения вентилей этой цепочки и пулевой точкой звезды коммутирующих конденсаторов, снабжен диодом и вспомогательными конденсаторами, а вентили указанной выще цепочки выполнены управляемыми, причем катод одного вентиля соединен с анодом дополнительно введенного диода и через вспомогательный конденсатор - с анодной группой тиристорного моста, а анод другого вентиля соединен с катодом указанного диода и через другой вспомогательный конденсатор - с катодной группой тиристорного моста. На чертеже показана схема предлагаемого инвертора. Трехфазный автономный инвертор содержит тиристорный мост 1-6, дроссель фильтра 7, коммутирующие конденсаторы 8-10, второй (компенсирующий) дроссель 11, управляемые вентили 12 и 13, вспомогательные конденсаторы 14, 15 и диод 16. Инвертор работает следующи.м образом. В режиме полной нагрузки тиристоры 12 и 13 не включаются и устройство работает как классический инвертор тока. На каждом из конденсаторов 14 и 15 напряжение равно половине амплитудного значения линейного напряжения на выходе инвертора. С разгрузкой инвертора высвобождается реактивная мощность коммутирующих конденсаторов 8-10, что ведет к увеличению угла запирания тиристоров 1 - 6 и к росту выходного напряжения. Для компенсации этой избыточной мощности и стабилизации выходного напряжения служит блок, состоящий из дросселя 11, тиристоров 12 и 13, конденсаторов 14 и 15, диода 16. Рассмотрим интервал работы инвертора, в начале которого открывается тиристор 2, а закрывается тиристор 6. Угол запирания тиристора 6 определяется промежутком времени, в течение которого разность напряжений на конденсаторах 8 и 10 остается отрицательной. Уменьщение длительности этого промежутка достигается тем, что через некоторое время оС после включения тиристора 2, подается управляющий импульс на тиристор 13, который открывается, образуя цепь, состоящую из тиристора 2, конденсатора 8, дросселя 11, тиристора 13 и конденсатора 15. Развивающийся под действием напряжения на конденсаторах 8 и 15 ток дросселя 11 ускоряет перезаряд конденсатора 8 и тем самым уменьшает угол запирания. Роль конденсатора 15 состоит в обеспечении открывающей полярности напряжения на тиристоре 13 при любой полярности напряжения на конденсаторе 8. Ток дросселя 11 имеет импульсный характер, так как при перезаряде конденсатора 8 и частотном разряде конденсатора 15 этот ток начинает убывать и спадает до нуля, выключая тиристор 13. Потеря заряда конденсатором 15 восполняется зарядкой по цепи: источник, дроссель 7, конденсаторы 14 и 15 и диод 16, которая образуется включением последнего при достижении линейного напряжения на конденсаторах 8 и 9 суммарного значения напряжения на конденсаторах 14 и 15. Роль диода 16 состоит в том, чтобы избежать короткого замыкания в момент включения очередного тиристора. Изменяя задержку di вк41ючения тиристора 13 относительно момента включения тиристора 2, возможно регулировать величину угла запирания. Тиристор 12 включается на тех интервалах, в начале которых выключаются нечетные тиристоры 1, 3, тиристор 13 - на тех интервалах, в начале которых выключаются четные тиристоры 2, 4, 6. Преимущество предлагае.мого инвертора перед прототипом состоит в том, что компенсация реактивной мощности, и, следовательно, стабилизация выходного напряжения возможна при любом угле запирания. Таким образом, инвертор .может применяться в более щироких диапазонах изменения частоты и нагрузки. Помимо этого в пред.чагаемо.м инверторе выходное напряжение .может регулироваться посредство.м изменения моментов включения тиристоров 12 и 13. В результате функциональные возможности предлагаемого инвертора соответствуют таковым аналогов 2 и 3, что достигается, однако, при меньшем количестве силовых элементов и более прос том законе управления и схемной реализации системы управления. По сравнению с прототипом в предлагаемой схеме имеет место лучшее использование вентилей по току, так как одинаковое значение первой гармоники компенсируюш.его тока в ней может быть достигнуто при большей длительности импульса тока дросселя 11 и, следовательно, при его меньшей амплитуде. Кроме того, в предлагаемой схеме вспомогательные конденсаторы 14 и 15 работают на постоянном токе, поэтому они могут быть выполнены однополярными. Формула изобретения Трехфазный автономный инвертор, содержаш.ий мост с катодной и анодной группами тиристоров, дроссель фильтра в цепи питания, звезду коммутирующих конденСатаров, подключенную к выводам переменкого тока тиристорного моста, а также цепочку из последовательно соединенных вентилей, и второй дроссель, подключенный между точкой соединения вентилей этой цепочек и нулевой точкой звезды коммутирующих конденсаторов, отличающийся тем.

в-±: что, с целью расширения функциональных возможностей за счет увеличения диапазонов изменения частоты и нагрузки и улучшения энергетических характеристик, он снабжен диодом и вспомогательными конденсаторами, а вентили указанной выше цепочки выполнены управляемыми, причем катод одного вентиля соединен с анодом введенного диода и через вспомогательный конденсатор - с анодной группой тиристорного моста, а анод другого вентиля соединен с катодом указанного диода и через другой вспомогательный конденсатор - с катодной группой тиристорного моста. Источники информации, принятые во вним.-ние при экспертизе 1 Авторское свидетельство СССР № 251079, кл. Н 02 М 7/515, 1969. 2. Преобразовательные устройства в электроэнергетике, М., «Наука, 1964, с. 40, рис. 1.г-г-г-г, 3. Авторское свидетельс тво СССР № 412660, кл. Н 02 М 5/42, 1971. 4. Авторское свидетельство СССР № 522537, кл. Н 02 М 7/515, 1976. 5 Авторское свидетельство СССР № 788309, кл. Н 02 М 7/515, 1979 (прототип).