Автономный инвертор

Союз Советских Социалистимеских Респубпик/51 ввуарстввинмй хват 6 вввтв Мннввтрвв СИ вв диан азвфвтвнийи втхрыткйи конан о 25,05,78.Вюллет 46) Дата бликования описания 6 Г., В. Ивеоски ев, В Ворот ов А. В. Дари 71) Заявтугел кий епектрсееко-Звюадный еа ический ый поп Й ИНВЕРТОР(54) А тИзобретение относится к области электротехники и предназначено для применения вэлектротехнических установках звуковой и ультразвуковой частоты,Известны аналогичные автономные ииверторы Я и 2,Однако в режиме прерывистого входноготока .вентильно-конденсаторной ячейки уголпроводимости тиристоров получается меньшеодного периода выходного напряжения. Ноэтому при высокой выходной частоте импульс токатнристора оказывается настолько коротким, чтобольшая часть поверхности р - и перехода тиристора не успевает включиться за время этогоимпульса. Следствием этого является увеличе.ние потерь в тиристорах и необходимость сни.жения их допустимого тока, Выполнение известных инверторов многоячейковыми не устраняет указанного недостатка. у являет- едключеьных це- ммутацивысокой кращения оста в едн 25 Наиболее близким к предложенном ся инвертор, в котором благодаря п нию дополнительных диодно-дроссел почек решена задача уменьшения ко ониых потерь тиристоров моста на частоте, вследствие двухкратного со количества включений тиристоров м ницу времениСЗ 1,Однако уменьшение коммутационных потерь в тиристорах мостовой ячейки достигается благодаря применению для затягивания тока через отработавшие тиристоры в течениепаузы между импульсами входного тока четырех дополнительных элементов: двух диодов .и двух дросеелей,Целью изобретения является упрощение схемы инвертора и упрощение и уменьшение коммутационных потерь.Для этого в предложенном инверторе, содержащем. подключаемую к входным выводамчерез дроссель фильтра последовательную цепьиз нагрузки и конденсатора. фильтра, параллельно которой через коммутирующий дроссель подключен многофазный вентильный мост,а также включенные в звезду коммутирующиеконденсаторы, соединенные с выходными выводами моста, дроссель фильтра выполнен с отводом, связанным с общей точкой звезды ком.мутирующих конденсаторов.Отвод дросселя фильтра может быть соединен с общей точкой звезды коммутирующихконденсаторов через дополнительный дроссель.Для улучшения работы схемы и симметрииимпульсов тока нагрузки отвод желательновыполнять, примерно, от середины дросселя фильтра, причем индуктивность половинок дрос.608243 селя фильтра должны иметь большую индук.- тивность рассеяния или не должны иметь магнитной связи между собой.Изобретение позволяет существенно уменьшить коммутационные потери в тиристорах за счет поддержания тока тиристора между следующими непосредственно один за другим и проходящими через тиристор импульсами входцого тока вентильно-конденсаторной ячейки. В отличиеот известных в предложенном инверторе величина тока через тнристоры в паузах меж- ,ду импульсами входного тока зависит от индуктивности входного дросселя фильтра.Если инвертор выполнить на большую мощность, то для уменьшения его габаритов истоимости может потребоваться уменьшениеийдуктивности дросселя входного фильтра, че; 15рез который течет основной силовой ток, потребляемый инвертором. Однако для поддержания тока через тиристоры моста в паузах меж-ду импульсами входного тока иа пути тока,протекающего между общей точкой соединенных в звезду коммутирующих конденсаторов иаиодной нли катодной группой многофазноготиристорного моста, должна стоять индуктивность по величине, примерно, в 20 - 40 раз боль.щая, чем индуктивность коммутирующего дросселяДля устранения этого противоречил предлагается между общей точкой соединенных взвезду коммутирующих конденсаторов и.отводов от дросселя фильтра включать дополни-тельную индуктивность. Через эту дополнительнуюю индуктивность протекает ток, примерно, в20 - 40 раз меньший, чем ток через дроссельфильтра, поэтому ее можно выполнять малогабаритной.Таким образом, дополйнтельная индуктивность позволяет существенно уменьшить габариты инвертора, имеющего большую мощность,кроме того она позволяет не предъявлять никаких требований к магнитной связи междуиидуктивностями двух половинок дросселя фильтра,На фиг, 1.показана принципиальная схемапредложенного инвертора; на фиг, 2 - принципиальная схема инвертОра с дополнительной индуктивностью; на фиг. 3 - , временныедиаграммы напряжений и токов инвертора. Инвертор содержит подключаемую ко входным выводам через дроссель фильтра 1 пос 45 ледовательную цепь из конденсатора фильтра 2 и нагрузки 3, параллельно которой через коммутирующий дроссель 4 подключен многофазный вентильный мост на тнристорах 5 - 10, а также включенные в звезду коммутирующие конденсаторы 11 - 13, присоединенные к выходным зажимам моста, Отличительной особенностью инвертора является присоединение общей точки коммутирующих конденсаторов 11 - 13 к отводу от витков дросселя 1, причем индуктивность части 14 дросселя фильтра 1 55 должна быть как можно меньше магнитосвязанной с индуктивностью части 15 дросселя фильтра 1, Модификацией схемы фнг, 1 является схема фиг, 2, в которой общая точка конденсаторов 11 - 13 подсоедпнена к отво6 О ду от дросселя фильтра 1 через добавочную Диндуктивность 16. В этой схеме индуктивноеть дросселя фильтра 1 может быть сильно умеиьшена и части 14 и 15 дросселя фильтра 1 могут иметь сильную магнитную связь.Для рассмотрения установившегося режима работы инвертора на фиг, 1 обратимся к фиг. 3, где в функции времени У а 1 (где в - выходная частота, 1 - время) построены следующие кривые: тока коммутирующего дросселя 14 (ось 1); тока 1 полуобмотки дросселя фильтра 1 (ось 2);. токов тиристоров 5, , 9 анодной группй вентильной ячейки 4, 17, 19 (ось 3); тока 1,4 полуобмотки дросселя . фильтра 1 (ось 4); токов тиристаров 6, 8, 10 катодной группы вентильной ячейки 1, 1 з, 1 (ось 5); тока 1,дросселя, соединяющего общую точку коммутирующих конденсаторов 11 12, 13 с отводом от части витков дросселя фильтра 1 (ось 6); для фиг. 2 1, - ток дросселя 16; напряжений на коммутирующих конденсаторах 11 - 13 1.1113 31 з (ось 7) и тока нагрузки 3 1 З (ось 8). Прямое пгдение напряжения в проводящих вентилях и их обратный ток равняются нулю, индуктивность дросселя 1, примерно, на полтора порядка больше индуктивностн коммутирующего дросселя 4, емкость конденсаторов 2 стремится к бесконечности. Напряжения на коммутирующих конденсаторах условно принимают положительными, когда нижние по схеме обкладки имеют положительный потенциал.В момент 1.1 о, когда проводящим является тиристор 8 и напряжение на конденсаторе 11 отрицательно, а на конденсаторе 12 близко к нулю, подается импульс управления на тиристор 5, и он открывается. Его ток 1, являющийся одновременно током коммутирующего дросселя 4 14, представляет собой сумму токов двух контуров, 4 1 1 Б + 1. Контур тока 15 включает в себя конденсаторы фильтра 2, коммутирующий дроссель 4, тиристор 5, коммутирующие конденсаторы 11 и 12, тиристор 8 и нагрузку 3. Ток 1 изменяется во времени но колебательному закону, вследствие чего быстро уменьшается по абсолютной величине отрицательное напряжение на конденсаторе 11 и быстро увеличивается отрицательное напряжение на конденсаторе 12. Контур тока 5 включает в себя конденсатор 11, индуктивность 14 дросселя фильтра 1, коммутирующий дроссель 4 и тиристор 5, По этому контуру конденсатор 11 тоже стремится переэарядиться, но ввиду того, что индуктивность части 15 дросселя фильтра 1 значительно превышает индуктивность коммутирующего дросселя 4,.процесс перезарядки конденсатора 11 по второму контуру протекает намного медленнее, Поэтому вФ момент 13,; когда ток первого контура проходящий через тиристор 8, достигает нуля, а напряжение на конденсаторе 11 уже стало положительным, ток второго контура 1 еще равен нулю. В момент 13, тиристор 8 закрывается, а через тиристор 5 продолжает проходить ток 1. За счет энергии, запасенной в нндуктивности 15 дросселя фильтра 1, ток 1", сохраняется в течение всей чауэЬ Б, 13 когда тиристоры катодной группы заперты, и достигает нуля в некоторый более поздний мо5мент 0 в, Ток полуобмотки 15 дросселя фильтра.1 в интервале 3 о 13 в выражается уравнением; Ь =1 ю+15где 1 аа - составляющая входного тока инвертора, проходящая через обе полуобмотки дросселя 1,В момент 13, подается отпирающий импульс на тирнстор 10 и он отпирается,-Его ток представляет собой сумму токов трех контуров; 1,о 1,о+ 11 о + 11 о Контур тока 1,о включает в себя конденсаторы фильтра 2, коммутирующий дроссель 4, тиристор 5, коммутирующие конденсаторы 11 и 13, тиристор 10 н нагрузку 3.Ток 1 о изменяется во времени по колебательному закону, вследствие чего положительное напряжение йа конденса торе 11 быстро увеличивается, а положительно заряженный конденсатор 13 стремится нерезарядиться, Контур тока 11; содержит в себе конденсатор 13,.тиристор 10, источник питания с небольшим но величине внутренним сопротивлением и индуктивность И дросселя фильтра 1, Контур тока 14 о образован конден. сатором 13, тиристором 10, сопротивлением нагрузки 3, конденсатором фильтра 2 и индуктивность 15 дросселя фильтра 1. Йо второму и третьему контуру конденсатор 13 стремится перезарядиться, но ввиду того, что нидуктивиостн 14 и 15 дросселя фильтра 1 значительно превышают индуктивность коммутирующего .дросселя 4, процесс перезарядки конденсатора 13 но второму и третьему контууам протекает намного медленнее, чем по первому, Йоэтому в момент 13 когда ток тирнстора 5 достигает нуля . и этот тирнстор закрывается, через тиристор 10 продолжают плохо. дить. токи 1 о и 1;"о за счет энергии, запасенной в индуктивностях И и 15 дросселя фильтра 1 (ток 1;о поддерживается также за счет энергии источника питания). Суммарный ток 1,в + 11 о проходит через. тиристор 10 в течение всей паузы 134 135, когда заперты все тиристоры анодной группы, и достигает нуля в некоторый более поздний момент времени 13,. Ток полуобмотки 14 дросселя фильтра 1 в интервале 0 13 в выражается уравнением;1 4 ф= 141+1 оТок второго контура 1"о обычно превышает ток третьего контура 1",;, так как внутреннее сопротивление источника питания почти всегда меньше сопротивления нагрзки 3, поэтому при построении фиг. 3 ток 11 о не учтен.Однако при сильной магнитной связи обмоток 14 н 15 дросселя фильтра 1 ток 1",о, направленный навстречу току 1,"о, может оказывать заметное размагннчивающее действие и уменьшать индуктнвности 14 н 15,. Поэтому обмотки И и 15 нужно изготовлять либо с Формуле изобретения 1, Автономный инвертор, содержащий нодключенную к входным выводам через дроссель фильтра последовательную цепь из нагрузочного элемента н .конденсатора фильтра,параллельно которой через коммутирующийМ дроссель подключен многофазный вентильиыймост, а также включенные в звезду коммутирующие конденсаторы, соединенные с выходными выводами моста, отличающийся тем, что,с целью упрощения и уменьшения коммутационных потерь, дроссель фильтра выполнен4 о с отводом, связанным с общей точкой звездыкоммутирующих конденсаторов,2. Автономный инвертор по и. 1, отличающийся тем, что указанный отвод дросселя фильтра соединен с общей точкой з 4 аезды коммути 5. рующих конденсаторов через дополнительныйдроссель.Источники информации, принятые во внимание прн экспертизе:1. Авторское свидетельство СССР111773,кл. Н 02 М 7/48, 1958,5 О 2, Авторское свидетельство СССР235177,кл. Н 02 М 7/51, 1970,3; АвторскОе свидетельство, СССР489186,кл. Н 02 М 7/515, )973. 08243малой магнитной связью (фнг. 1), либо к от.воду от дросселя фильтрарекомендуется подключать дополнительную индуктивность 16 (фиг. 2), которая может быть выполнена ма.логабаритной ввиду малой амплитуды тока 1, в, Подключение индуктнвности 16 позволяет уменьшить индуктивностн 14 и 15, через которые, протекает силовой входной ток инвертора, что позволяет уменьшить габариты дросселя фильтра 1 (фнг. 2), Суммарная величиав на индуктивности 16 и половины индуктнвности 1 должна, примерно, в 20 - 40 раз превышать. величину индуктивности нагрузки 3,В момент 13, подается отпирающий импульсна тиристор 6, и он отпирается, При этом возникают такие же процессы, как прн отпирании тиристора 5 в момент 13 о и т. д.При принятых прн построении фиг. 3 допущениях ток нагрузки 1, в любом интервале времени определяется уравнением:фЗ Югде 1 - ток контура, замыкаемого одновре.менно пройодящими тнристорами анодной и катодной группы (например в интервале 13 в 13 1; = 151;, в интервале 13 а 13- 1,й 1 о и т. д.);Таким образом в предложенном инверторег 5 кривые токов вентилей и нагрузки имеют ирактически такой де вид, как и.в прототипе, кривые напряжения тоже практически совпадают.%5 нценк ОНИИПИ Государственного ко яо делам наобрет 113035, Москва, Ж.35,Филиал ППП аПатенть, г.итета Совета Министровенай н открытийРаушская наб., д. 4/бУжгород, ул, Проектная Редактор Е, КравцоваЗаказ 2812/38 Составитель И. ГалТелред О. ЛуговаяТираж 892 а КорректорПоди ясно