Автономный инвертор напряжения

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 5 4 Н 02 М 75ЕТЕНИЯВУ ескии и етр Дыша уфанов ( тво СССР 5, 1980. НАПРЯЖЕНИЯся к преобраью является очих часто ельности к ГОСУДАРСТВЕННЫИ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИОАНИ А ВТОРСНОМУ СВИДБТЕЛЬСТ(54) АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТО (57) Изобретение относи зовательной технике, Це расширение диапазона ра путем снижения продолжи мутационного процесса и облегченияусловий переключения коммутирующегодвухоперационного тиристора. Устройство содержит мосты основных 1-б иобратных 7-12 тиристоров. Первичнаяобмотка 15 коммутирующего тр-ра 14подключена к входным выводам черезкоммутирующий двухоперационный тиристор 18. Вспомогательный узел коммутации 19 с дополнительной обмоткой 23 тр-ра 14 подключен к тиристору 18. Использованная в инверторепоследовательная коммутация основныхтиристоров обеспечивает быстрое ихотключение, а также жесткость выходной и линейность регулировочных характеристик. 2 ил.Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано всхемах тиристорных инверторов напряжения с однофазной и трехфазной на 5грузками.Целью изобретения является расширение диапазона рабочих частот путем снижения продолжительности коммутационного процесса и облегчения 10условий переключения коммутирующегодвухоперационного тиристора.На фиг.1 представлена принципиальная схема инвертора в трехфазном мостовом варианте исполнения; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу инвертора на интервале коммУтаЦии; гДе 1 р - ток соответствующего тиристора.Трехфазный мостовой инвертор с 20основными 1-6 и обратными 7-12 вентилями (тиристорами) работает на нагрузку 13 и содержит коммутирующий трансформатор 14, имеющий основные(силовые) первичную 15 и вторичную 2516 обмотки, подключенные одноименными концами к положительному входному выводу. Второй конец первичной обмотки подключен к положительному выводу коммутирующего блока 17, ко торый состоит из коммутирующего двух- операционного тиристора 18, к которому (своим положительным выводом - к аноду, а отрицательным - к катоду) подключен вспомогательный узел19 коммутации. Этот узел содержит35 зарядный 20, обратный 21 и разрядный 22 однооперационные тиристоры, дополнительную обмотку 23 коммутирующего трансформатора 14 и демпфи рующий конденсатор 24. Второй конец вторичной обмотки шунтирован диодом 25.Инвертор работает, следующим образом. 45Пусть в начальный момент времениоткрыты основные тиристоры 1, 3, 5, а конденсатор 24 заряжен посредством предварительного включения зарядного тиристора 20 до напряжения ПЕ, где Е - напряжение источника с полярностью, показанной на фиг. 1. Предположим, что в момент времени с, начинают производить коммутацию тиристора 1 для чего одноЭ55 временно подают импульсы управленияна тиристоры 22, 10 (фиг.2). В контуре 24 - 23 - 22 - 24 начинает 3пРоткат ток 1 р , Разряжающий конденсатор 24 (фиг.2, Ц " напряжениеф г 4на конденсаторе 24), к дополнительной обмотке 23 трансформатора 14 прикладывается напряжение Цвоо ф вторичной обмотке 16 трансформатора при этом наводится ЭДС ПИфбгде М - количество витков6 щгсоответствующей обмотки. Если 1) У /6 О (б /УЕ 1, то тиристор 10 оказывается под прямым напряжением (ц - Е)Я(а1 гэ и отпирается. По контуру 10 - 116 - Е - 10 начинает протекать наРастаюЩий ток 1 а , ЯвлЯюЩийсЯаю фвстречным по отношению к току 1,1 тиристора 1. В момент временипри 1 а 10 1 О тиристор 1 обесточивается а затем по мере дальнейшего нарас- таниЯ тока 1 р РезУльтиРУюЩий ток1 Ов эапиРаемом тиРистоРе 1 а изменЯет направление на обратное и в момент с достигает своего максимального обратного значения. После моментана тиристоре появляется обратное анодное напряжение У (фиг. 2,Обгде Па - прямое напряжение на тиристоре) . Для быстрого выключения тиристора необходима большая начальная амплитуда напряжения Пр кото 06 рая обеспечивает активныи вывод избыточных носителей заряда из и-базы тиристора вблизи его анодного р - и- перехода и таким путем обеспечивает малое время выключения тиристора. Такая повышенная амплитуда напряжения Уа в инверторе создается путем выбора соотношения числа витков Ив /Иэ в пределах 2-3, При спаде к нулю обратного анодного тока в запираемом тиристоре (момент с 4 на фиг.2 в) происходит полное восстановление непроводящих свойств анод- ного р - и-перехода тиристора 1, после чего скорость выключения тиристора перестает зависеть от зна-, чения напряжения 1)р и полностьюО 6определяется скоростьЬ рекомбинации оставшихся избыточных носителей в п-базе, т.е. после момента с на тиристоре 1 достаточно поддерживать лишь небольшое обратное анодное напряжение. Как видно иэ фиг.2 г,форма импульса напряжения 1)р на тиОБ ристоре 1 в инверторе близка к оптимальной. Это позволяет обеспечить быстрое выключение тиристора 1 и, следовательно, ускоренное протека з 145 ние коммутационного процесса при сравнительно малом отношении И, /И,з.(в пределах 1,1-1,3), т.е. при улучшенных массогабаритных показателях трансформатора 14. Следует отметить, что масса меди его дополнительной обмотки 23, вынесенной из цепи протекания тока нагрузки, составляет лишь 6-87. массы обмотки 16.Поскольку после момента, когда с, = О, ток нагрузки полностью переключается на тиристор 10, дополнительньй разряд конденсатора 24 оказывается затруднен. Для экономичного сброса энергии из конденсатора в интервале (С 4, С) произво" дят включение обратного тиристора 21. Если выбрано соотношение числа витков 11/125=25 и Уь /М =1 ф 1то Ч, /М -2,3. Напряжение У =Цге 7 трансформируясь на обмотку 15, оказывается больше питающего напряжения Е, т.е, результирующее напряжение на тиристоре 21 оказывается прямым и он отпирается, после чего по контуру 15 - Е - 21 - 15 осуществляется рекуперация энергии из конденсатора 24 в источник питания инвертора, которая заканчивается обес. точиванием тиристоров 21 и 22 в момент(фиг.2) при разряде конденсатора 24 до напряженияоПс (д Ед 1 гзЖ Е/2 ф 3После моментадля поддержания на тиристоре 1 напряжения Б нужОбр но отпирать коммутирующий двухоперационный тиристор 18, Однако для упрощения алгоритма управления отпирающий импульс управления на тиристор 18 можно подать одновременно с отпирающим импульсом управления на обратный тиристор 21, поскольку до окончаниярассмотренного процесса рекуперации (т.е. до момента С ) двухоперационный тирис"Ртор 18 находится под обратным напряжением и не может выключиться. Важно отметить, что предварительноег (до момента ) накопление избыточных носителей заряда - в р-базе током управления на интервале рекуперации (С 4, С ) облегчает условия включения двухоперационного тиристора, так как обеспечивает увеличение об- ласти начального включения, т.е. более равномерное включение тиристора1823 по всей площади его полупроводниковой плаСтины.После включения двухоперационного тиристора 18 в обмотке 16 наводится напряжение 0Е И, /И, Е что позволяет поддерживать на йнтер" вале (С, С ) на тиристоре 1 небольшое обратное напряжение Б= Е,1 Р,6 /И, -1)О, 1 Е. Такое состоя. ние сохраняется до момента С , который выбирается из условия, что интервал времени (С, с) больше, чем приборное время вйключения основного тиристора 1. В момент С подают,запирающий импульс управления на коммутирующий двухоперационный тирисный тиристор 20. Тиристор 18 начинает выключаться по управляющему электроду, и как только на нем начинаетвозрастать прямое напряжение, анодный ток тиристора 18 через включающийся зарядный тиристор 20 переводится в контур 15 - 20 - 24 - Е 1 - 15,заряжая конденсатор и облегчая условия выключения коммутирующего тиристора 18. Так как конденсатор воспринимает на себя часть энергии, накопленной в обмотке 15, конечное напряжение на нем Убольше Е 1, причем вустановившемся режиме работы инвертора Б =Б . Процесс заряда происходит до момента С 1, пока ток череззарядный тиристор 20 не упадет нижетока его удержания, после чего онвыключается. На этом этап коммутациизаканчивается.1 Как следует из описания работы устройства, его достоинства состоят в том,что введение в коммутирующий блок 17 вспомогательного узла 19 решает сразу несколько проблем: форма импульса обратного анодного напряжения на запираемом основном тиристоре близка к оптимальной, что ускоря 40 4550 55 ет протекание коммутационного процесса при одновременном улучшении массогабаритных показателей коммутирующего трансформатора; улучшаются условия выключения коммутирующего двухоперационного тиристора 18, ибо наличие конденсатора 24 обеспечиваетразнесение во времени процессов спада анодного тока и нарастания напряжения на приборе; улучшаются условия выключения того же двухоперационноготиристора за счет предварительного накопления избыточных носителей в ба 5 10 15 20 25 30 35 тор 18 и отпирающий импульс на заряд145 1823 10 20 раж 645 ВНИИПИ Заказ 708 одписн Проектная,зе тиристора на интервале рекуперации.Важно то, что при использовании в качестве основных вентилей 1-6 комбинированно выключаемых или арсенидгаллиевых тиристоров, время выключения которых составляет всего несколько микросекунд, двухоперационный тиристор 18 можно исключить из состава коммутирующего блока 17, поскольку, как видно из фиг.2 г и описания коммутационных процессов, в случае полного выключения запираемого основного тиристора до момента с включение двухоперационного тиристора 18 становится необязательным.При отсутствии тиристора 18 конденсатор 24 перестает выполнять демпфирующую функцию, сохраняя лишь коммутирующую.Формула изобретенияАвтономный инвертор напряжения по авт. св, У 936306, о т л и ч а юроизв.-полигр. пр-тие, г. У щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона рабочих частот путемснижения продолжительности коммутационного процесса и облегчения условий переключения коммутирующегодвухоперационного тиристора, он снабжен вспомогательным узлом коммутации, отрицательный вывод которогоподключен к катоду двухоперационноготиристора, а положительный - к егоаноду и образован согласно-последовательно соединенными обратным и зарядным тиристорами, причем катод последнего соединен с дополнительнойобмоткой коммутирующего трансформатора и через демпфирующий конденсаторс катодом разрядного тиристора и анодом обратного тиристора, соединеннымс отрицательным выводом узла коммутации, причем анод разрядного тиристора подключен к свободному выводу дополнительной обмотки коммутирующеготрансформатора.