Трехфазный инвертор Советский патент 1983 года по МПК H02M7/515 H02P13/18 

(54) ТРЕХФАЗНЫЙ ИНВЕРТОР

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах и источниках гарантированного питания.

Известны схемы автономных инверторов напряжения с узлами последовательной конденсаторной коммутации основных тиристоров. Последовательная коммутация в отличие от коммутаций параллельного типа обеспечивает более быстрое отключение фаз нагрузки от источника питающего напряжения инвертора, что позволяет улучшить внешнюю и регулировочную характеристики инвертора 1 и 2. Существенным недостатком узлов последовательной коммутации является проявление эффекта накопления энергии в коммутирующем конденсаторе в процессе работы инвертора 2, которое приводит к значительному повышению напряжения на конденсаторе, тиристорах и других элементах инвертора. Другим недостатком является большое отношение времени перезаряда конденсатора к времени, предоставляемому схемой для выключения тиристоров, что ухудшает ряд показателей инвертора; уменьшается диапазон регулирования выходного напряжения, растут потери

в вентильных контурах, ухудшается использование питающего напряжения.

Наиболее близким к предлагаемому является трехфазный инвертор, содержащий трехфазный мост ключевых элементов и трехфазный мост обратных диодов, подключенный к входным выводам, коммутирующий и форсирующий дроссели анодной группы трехфазного моста ключевых элементов, подключенные средними выводами своих обмоток к положительному входному выводу, первые крайние выводы этих обмоток через тиристоры подключены к первому выводу коммутирующего конденсатора, а вторые крайние выводы - через встречные диоды подключены к точке соединения среднего входного вывода инвертора и второго вывода коммутирующего конденсатора, анодная группа трехфазного моста ключевых элементов подключена к первому крайнему выводу коммутирующего дросселя, а также коммутирующий и форсирующий дроссели катодной группы трехфазного моста ключевых элементов, подключенные средними выводами своих обмоток к отрицательному входному выводу, причем первые крайние выводы этих обмоток подключены к кагодам других тиристоров, соединенных своими анодами с первым выводом коммутирующего конденсатора, вторые крайние выводы этих обмоток - к анодам других встречных диодов, катоды которых подключены к второму выводу коммутирующего конденсатора, а катодная группа трехфазного моста ключевых элементов подключена -к первому выводу обмотки коммутирующего дросселя катодной группы 3. Однако в известном инверторе недостаточно быстрое выключение ключевых элементов .инвертора, что ограничивает верхний предел его рабочих частот. Цель изобретения - улучшение гармонического состава выходного напряжения и массогабаритных показателей за счет повышения верхнего предела рабочих частот широтно-импульсного модулятора инвертора. Поставленная цель достигается тем, что в трехфазном инверторе, содержащем трехфазный мост ключевых элементов и трехфазный мост обратных диодов, подключенный к входным выводам, коммутирующий и форсирующий дроссели анодной группы трехфазного моста ключевых элементов, подключенные средними выводами своих обмоток к положительному входному выводу, первые крайние выводы этих обмоток через тиристоры подключены к первому выводу коммутирующего конденсатора, а вторые крайние выводы через встречные диоды подключены к точке соединения среднего входнрго вывода инвертора и второго вывода коммутирующего конденсатора, анодная группа трехфазного моста ключевых элементов подключена к первому крайнему выводу коммутирующего дросселя, а также коммутирующий и форсирующий дроссели катодной группы трехфазного моста ключевых элементов, подключенные средними выводами своих обмоток к отрицательному входному выводу, причем первые крайние выводы этих обмоток подключены к катодам других тиристоров, соединенных своими анодами с первым выводом коммутирующего конденсатора, вторые крайние выводы этих обмоток - к анодам других встречных диодов, катоды которых подключены к второму выводу коммутирующего конденсатора, а катодная группа трехфазного моста ключевых элементов подключена к первому выводу обмотки коммутирующего дросселя катодной группы, трехфазный мост ключевых элементов выполнен на комбинированно выключаемых тиристорах, а коммутирующий дроссель катодной группы снабжен дополнительной обмоткой, подключенной одним выводом к катодам, а другим выводом через соответствующие цепочки из диода и резистора - к управляющим электродам тиристоров катодной группы, коммутирующий дроссель анодной группы снабжен дополнительным индуктивным элементом, выполненным, в одном случае, в виде дополнительной обмотки коммутирующего дросселя анодной группы, подключенной одним выводом к первому входному выводу инвертора, а другим выводом через соответствующие цепочки из диода и резистора - к управляющим электродам каждого из комбинированно выключаемых тиристоров анодной группы, а в другом случае в виде трех дополнительных обмоток коммутирующего дросселя, подключенных одними выводами к катодам, а другими выводами через цепочки из диода и резистора к управляющему электроду соответствующих комбинированно выключаемых тиристоров анодной группы. На фиг. 1 и 2 представлены варианты схем трехфазного инвертора; на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства. Инвертор (фиг. 1) содержит трехфазные мосты комбинированно выключаемых силовых тиристоров 1-6 и обратных диодов 7- 12,а также коммутирующий конденсатор 13,включенный между двумя узлами, один из-которых образован соединением коммутирующих 14, 15 и формирующих 16,17 тиристоров, а другой образован соединением диодов 18-21 сброса и подключен к среднему выводу источника питания. Тиристоры 14-17 соединены с выводами основных обмоток 22-25 коммутирующих 26, 27 и формирующих 28, 29 дросселей, которые имеют также обмотки 30-33 сброса, подключенные к диодам 18-21 сброса. Коммутирующие дроссели 26 и 27 снабжены также дополнительными обмотками 34 и 35, которые подключены к катодам дополнительных полупроводниковых диодов 36-41. Эти диоды через резисторы 42-47 подключены к управляющим электродам силовых тиристоров 1-6. При нестабильном напряжении источника питания или его регулировании целесообразно использовать схему на фиг. 2. В этой схеме коммутирующий дроссель анодной группы вентилей имеет не одну, а три дополнительных обмотки 48-50, один вывод каждой из которых подключен через диод и резистор к управляющему электро.д,у соответствующего силового тиристора, а другой вывод - к катоду того же силового тиристора. Устройство (фиг. 1), работает следующим образом. Предположим, что в проводящем состоянии находятся силовые комбинированно выключаемые тиристоры 3-5; коммутирующий конденсатор 13 заряжен с положительным потенциалом на правой обкладке. С целью запирания силовых тиристоров 4 и 5 катодной группы трехфазного моста на коммутирующий тиристор 15 в момент времени tj подают отпирающий импульс управления (фиг. За). При отпирании последнего образуется колебательный контур 13-15- 23-Е/2-13. В этом контуре происходит процесс колебательного перезаряда конденсатора 13, в начале которого ко всем силовым тиристорам катодной группы (т. е. к тиристорам 4-6) прикладывается обратное анодное напряжение . (фиг. Зе) по трем контурам 13-15-4 (два других контура через элементы 5 и 6) - 7 (соответственно 8 н 9) - Е/2--13, причем на каждом из тиристоров 4-6 значение обратного анодного напряжения . Uc. -Е/2. В процессе перезаряда конденсатора 43 на обмотке 23 катодного коммутирующего дросселя 27 формируется импульс напряжения (фиг. 3 в) и трансформируется в дополнительную обмотку 35 с отпирающей полярностью для диодов 39-41. Эти диоды открываются и по трем контурам 35-4 /5 и 6/ -45 и 47/-39 /40- и 41/-35 на интервале tj-tj протекают токи, которые по отнощению к тиристорам 4-6 являются отрицательными токами управления (фиг. Зг), амплитуды которых ограничены значением .сопротивлений 45-47. Таким образом, запирание силовых тиристоров инвертора осуществляется одновременным воздействием обратного анодного напряжения и отрицательного тока управления, т. е. имеет место их комбинированное выключение, при котором время выключения тиристоров снижается в несколько раз 3.

Процесс перезаряда конденсатора 13 протекает также, как и в устройстве , в момент времени tj отпирают тиристор Г7 форсирующего однофазного моста, предназначенного для уменьшения времени перезаряда коммутирующего конденсатора 13; с момента времени tj-до момента времени ts и if, продолжается процесс отвода избыточной энергии соответственно от дросселя 27 и дросселя 29 в цепь источника питания, после чего процесс коммутации заканчивается.

В следующий такт коммутации таким же образом осуществляется запирание тех силовых комбинированно выключаемых тиристоров из анодной группы трехфазного моста, которые проводили анодный ток до начала коммутации. Отличие заключается в том, что отрицательные импульсы токов управления в этом случае протекают по контурам и 12/-1 /2 и 3/-42 /43 и 44/-34, которые содержат источник пи,тающего напряжения Е. Это обстоятельство приводит к необходимости выбора числа витков обмотки 34, отличающегося от числа витков обмотки 35 для получения одинаковых по амплитуде отрицательных токов управления на силовых тиристорах анодной и катодной групп инверторного моста. Однако при значительном изменении величины напряжения Е, которое имеет место в ряде практических случаев.(при питании инвертора от аккумуляторной батареи или при регулировании выходного напряжения по цепи источника питания Е, например, с использованием импульсного регулятора напряжения на входе) такое симметрирование отрицательных токов управления оказывается в схеме инвертора на фиг. 1 затруднительным.

В схеме фиг. 2 источник Е не входит ни в один из контуров образования отрицательного тока управления, что позволяет устранить ассиметрию этих токов.

Использование диодов в схемах инвертора по фиг. 1 и 2 обеспечивает алгоритм поочередной коммутации тиристоров анодной и катодной групп инверторного моста, что необходимо дляреализации широтно-импульсного способа регулирования.

При использовании предлагаемого изобретения улучщаются гармонический состав выходного напряжения, уменьшаются величины коммутирующего дросселя и конденсатора и, следовательно, улучшается качество выходного напряжения и массо-габаритных показателей инвертора.

20

Формула изобретения

Q через тиристоры подключены к первому выводу коммутирующего конденсатора, а вторые крайние выводы через встречные диоды подключены к точке соединения средне-го входного вывода инвертора и второго вывода коммутирующего конденсатора, анод5 ная группа трехфазного моста ключевых элементов подключена к первому крайнему выводу коммутирующего дросселя, а также коммутирующий и форсирующий дроссели .катодной группы трехфазного моста ключевых элементов, подключенные средними вы0 водами своих обмоток к отрицательному входному выводу, причем первые крайние выводы этих обмоток подключены к катодам других тиристоров, соединенных своими анодами с первым выводом коммутирую-, щего конденсатора, вторые крайние вывоSды этих обмоток - к анодам других встречных диодов, катоды которых подключены к второму выводу коммутирующего конденса- тора, а катодная группа трехфазного моста ключевых элементов подключена к первому

д выводу обмотки коммутирующего дросселя катодной группы, отличающийся тем, что, с целью улучшения гармонического состава выходного напряжения и массогабаритных показателей инвертора, трехфазный мост ключевых элементов выполнен на комбинированно выключаемых тиристорах, коммутирующий дроссель кaтoднqй группы снабжен дополнительной обмоткой, подключенной одним выводом к катодам, а другим выводом через соответствующие введенные цепочки из диода и резистора - к управляющему электроду каждого из комбинированно выключаемых тиристоров катодной группы трехфазного моста, а коммутирующий дроссель анодной группы снабжен дополнительным индуктивным элементом, подключенным к управляющим электродам тиристоров анодной группы трехфазного моста. 2.Инвертор по п. 1, отличающийся тем, что дополнительный индуктивный элемент выполнен в виде обмотки коммутирующего дросселя, подключенной одним выводом к положительному входному выводу инвертора, а другим выводом через соответствующие дополнительно введенные цепочки из диода и резистора - к управляющему электроду каждого из комбинированно выключаемых тиристоров анодной группы. 3.Инвертор по п. , отличающийся тем, что дополнительный индуктивный элемент выполнен в виде трех обмоток коммутирующего дросселя, одни выводы которых подключены к катодам, а другие выводы через дополнительно введенные цепочки из диода и резистора - к управляющему электроду соответствующего комбинированно выключаемого тиристора анодной группы. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Забродин Ю. С. Узлы принудительной конденсаторной коммутации тиристоров, М., Энергия, 1974, рис. 3--11 (прототип). 2.Забродин Ю. С. Автономные тиристорные инверторы с щиротно-импульсным регулированием, М., Энергия, 1977. 3.Азьян Р. Э. Лабунцов В. А., Одынь С.В, Быстродействующий прибор ключевого типа - комбинированно выключаемый тиристор, «Электричество, 1977, № 10, с. 82-84.

4