Трехфазный стабилизированный инвертор тока

(22) Заявлено 24,1275 (21) 2303639/24-07 с присоединением заявки-Государственный комитетСовета Министров СССРпо делам изобретенийи открытий(45) Дата опубликования описания 210678(54) ТРЕХФАЗНЫЙ СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИНВЕРТОР ТОКА Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в качестве автоном" ных источников питания.Известные схемы стабилизированных трехфазных инверторов гока .1 Щ. с выходным напряжением, близким по форме к синусоидальному, содержат трехфазный инверторный мост натиристорах, подключенных к входным зажимам через" дроссели, и на выходе моста установлены компенсирующие конденсаторы и согласующий трансформатор. Стабилизация выходного напряжения в них осу, ществляется с помощью диодов или ти,висторов, собранных в обратный мост, подключенный между отпайками трансформатора и входными зажимами устройства или между выходными и входными зажимами инвертора, При этом входные ,дроссели могут быть шунтированы обратными диодами 21. Недостатком указанных схем являеь ,ся сложность конструктивного исполнения (наличие, как минимум, шести дио.- дов и неунифицированного индивидуаль- ного изготовления трансформатора с отпайками), большие весогабаритные показатели, обязательное наличие трансформатора, что не всегда нь:бхО- димо.Целью изобретения является упрощение устройства.Цель достигается тем, что другая пара обратных вентилей включена между нулевой точкой, образованной элемен тами выходной цепи инвертора и его входными выводами. На фиг. 1 приведена принципиальная схема предлагаемого инвертора 7на фиг. 2 - формы токов и напряженийхарактеризующие работу инвертора.Схема содержит тиристоры 1-6,дроссели 7 и 8, конденсаторы 9-11,трансформатор 12 и диоды 13-16,Тиристоры 1-6 образуют трехфазныйинверторный мост, подключенный квходным зажимам инвертора через анодный и катодный входные дросселя 7 и8. К выходным зажимам этого мостаподключены коммутирующие конденсаторы 9-11 и выходной трансформатор ,12.Обратные диоды 13 и 14 подклюЧенымежду нулевой точкой конденсаторов9-11, соединенных в звезду, и вхОдными зажимами устройства. Диоды 15и 16 шунтируют в обратном направлении входные дроссели 7 и 8,Устройство работает следующим образом.Наиболее тяжелый режим работы инвертора, близкий к холостому ходу, когда в конденсаторах 9-11 происходит накопление избыточнойРеактивной мощности.Пусть индуктивность дросселей 8 близка к бесконечности, а полярность напряжений на элементах схемы (фиг.1 соответствует моменту време. ни Ъ О. На тиристоры 1-6 подаются едвоениые яерез. 60. узкие управляю щие импульсы в очередности, соответствующей их нумерации. (Схема управления ие приведена иа фиг.1).При отсутствии диодов 13-16 инвер,тор работает как обычный параллельный нестабилизированный инвертор тока, Формируя на выходе трехфазную систему напряжений, близкую по Форме к синусоидальной.На фиг, 2 е приведена Форма входного тока инвертора 1 и тока через тиристоры 1-6, Не Фиг.26,;приведена форма фазовых напряжений на конденсаторах 9-11 и входного О,которое меньше Фазовых напряжениЯ. При снижении нагрузки инвертора в конденсаторах 9 и 11 будет происходить нарастание запаса электрической энергии и увеличение выходного напряжения ин.вертора (в идеальном случае до бесконечности).Однако при наличии диодов 13-16 режим работы инвертора существенно изменяется.Пусть в момент времени С =0 управляющие импульсы подаются одновремен- но на тиристоры 1 и б, Образуется контур протекания тока: дроссель 7, тиристор 1, конденсаторы 9,10 (шунтированные обмотками трансформатора, 12 и нагрузкой), тиристор б, дросс)ель 8 и источник входного напряжения Од. В этом контуре действует алгебраическая сумма напряжения 0; Оз; О,; .См.фиг,З),.Под действием тока М начинается перезаряд конденсаторов 9 и 10 др напряжения противоположной полярнос. ти. Как только напряженке на конден- саторе 10 достигнет величины входного напряжения О,( (и даже превысит его на величину падения напряжения в вен- тилях, см.фиг,2,б) открывается диод.13 и образуется короткоэамкнутый контур разряда конденсатора 10, содержа" щий диод 13, конденсатор 10, тиристор 6, диод 16 и источник питания 0,1 , Ток разряда конденсатора 10 протекает через тиристор б, встречно протекающему через него рабочему току М,обеспечивая практически мгновенную коммутацию этого тиристора. При этом ток дросселей 7 и 8, который не может мгновенно изменить свод значение, переключается на два новыхконтуоа (Фиг.З) .1, Контур из дросселя 8 и диода 16;2. Контур из дросселя 7, тиристо.ра 1, конденсатора 9, диода 13 -обеспечивает продолжение перезарядаконденсатора 9 за счет запаса электромагнитной энергии дросселя 7.Открытое состояние диодов 13 и16 поддерживает напряжение на кондеЦ 10 саторе 10 неизменным, примерно равнь(мвходному напряжению 0,1, не позволяя,включиться тиристору 6, который всеэто время остается выключенным поддействием малого обратного напряже 15 ния, примерно равного падению напряжения в диодах 13, 16.Через промежуток времени С=Й/Зподаются следующие по очередностиуправляющие импульсы на тиристоры20 1 и 2. Включение тиристора 2 приводит к выключению диодов 113 и 16 поконтуру: источник питания,О,(, диод13, конденсатор 11, тиристор 2, диоЦ16 и к образованию второго рабочего25 контурапротекания тока: дроссель 7,тирнстор 1, конденсаторы 9 и 11(шунтированные обмотками трансформатора 12 и нагрузкой), тиристор 2и дроссель 8,Начинается второй такт работы инвертора, аналогичный описанному вы"ше первому такту. Под действием токапроисходит перезаряд последовательно включенных конденсаторов35Как только напряжение на следующем контуре 9 достигйет (и немногопревысит) входное напряжение Ц,1 отпирается диод 14 и образуется контурразряда конденсатора 9 на источникпитания, состоящий из последовательно включенных диода 15, тиристора 1,конденсатора 9 и диода 14. Происходит коммутация-запирание тнристора1 и образование двух внутренних кон 45 туров, аналогичных контуру (фиг.З)1. Дроссель 7, шунтированййй диодом 15;2.; Дроссель 8,диод,конденсатор 11 и тиристор 4,Через следующие С=93 подаются очередные управляющие импульсы на тириаторы 3 и 2. Происходит отпирание тиристора 3, включение диодов 14, 15и начинается третий такт работы ин 55 вертора с протеканием рабочего токапо контуру: дроссель 7, тиристор 3конденсаторы 10, 11, тиристор 2 идроссель 8.Аналогичным образом Происходит 60 коммутация всех вентилей инвертораи ограничение напряжения на конденсаторах (и на выходе инвертора) в последующих тактах работы инвертора.Полный период-цикл работы инвертора 65 состоит из шести тактов.40 45 50 55 На фиг. 2 б приведена форма токачерез дроссели 7, 8 - ток непрерывени не имеет скачков и разрывов (приою),На фиг. 2 б приведена идеализированная форма напряжений на конденсаторах 9-11 (а, соответственйо,и на.выходе инвертора). За счет налйчиядиодов 13-16 происходит ограничениеего величины на уровне входного напряжения ОЬ, т.е, с вычетом заштрихованных сегментов.На фиг. 2 в приведена форма токачерез тиристоры 1-6.Длительность импульсов тока через тиристоры 1-6 приработе диодов 13-16 меньше 120 навеличину бестоковой паУзы С.На фиг. 2 г приведена форма входного тока при работе диодов 13-16.Этот ток уже не непрерывен, а имеетформу прямоугольных импульсов Х/= ВВо время этих пауз ток дросселей 7,8 не прерывается, а продолжает про"текать по внутренним контурам. НаФиг. 2 д приведена форма тока черезциоды 13-16 - представляет собойпрямоугольные импульсы тока длительностью, равной длительности бестоко.вой паузыНа фиг. 2 е,ж приведены формы напряжений на тиристоре 1 при отсутствии и наличии диодов 13-16. Видно,что за счет наличия бестоковой пауэци ограничения длительности,протекания тока через тиристоры, время вос становления запирающих свойств тирис торов возрастает на величину бестоковой паузы.Таким образом, возможность Упреждающего выключения тиристоров 1-6 обеспечивается образованием контуроз Разряда коммутирующих конденсаторов 9-11 непосредственна в питающую сетьчерез пары диодов 13, 16 и 14, 15,что не позволяет подняться напряжению на этих конденсаторах выше входного,При необходимости соединения коммутирующих конденсаторов не в звезду,а например в треугольник, в качествеискусственной нулевой точки, для подключения диодов 13, 14 может использоваться нулевая точка, напримерсглаживающего трансформатора, какпоказано пунктиром на фиг. 1. Приэтом картина работы инвертора остается аналогичной описанной. Возможныи другие варианты, не выходящие зарамки предложения. На фиг. 2 а, г,д видно, что в режиме стабилизации напряжения обратными диодами 13-16 происходит полное прекращение поступления тока (и энергии) из питающей сети. Энергия.же запасенная в дросселях 7, 8 соответственно 5 О 5 20 25 30 через такт либо остается неизменной (дроссель 7 или 8 шунтирован диодами 15 или 16), либо расходуется на продолжение перезаряда коммутирующих конденсаторов 9-11 (и шунтирующих их обмоток трансформатора с нагрузками, см.фиг.3). Таким образом, в дросселях 7, 8 не происходит накопления тока, поскольку эа полный период работы инвертора при работе стабилизи- рующих диодов 13-16 происходит трехкратное (как в известном решении) гашение их электромагнитной энергии на перезаряд конденсаторов 9-11 и на полезные потери в шунтнрующих их нагрузках. Следовательно, не происходит и увеличения установленной Мощности и габаритов дросселей.Благодаря предлагаемому подключению диодов, происходит значительное упрощение схемы и снижение весогаба" ритных показателей за счет использования четырех диодов вместо шести, отсутствия отпаек у трансформатора, либо возможности вообще обходиться без трансформатора, что обязательно в известной схеме.Необходимо отметить, что стабилизация фазовых напряжений на уровне входного напряжения является оптимальной и с точки зрения формы напряжения и параметров самого инвертора, поскольку отношение фазового напряжения к линейному равное 1/3 = 0,58 укладывается в оптимальный диапазон 0,5- 0,75 коэффициента трансформации известных,схем. Формула изобретения Трехфазный стабилизированный инвертор тока, содержащий инверторный мост на тиристорах, входные дросселя, лунтированные одной парой обратных вентилей, коммутирующие конденсатбры, соединенные в звезду или в треугольник, другую пару обратных вентилей и элементы выходной цепи, о т л.и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения, другая пара обратных вентилей включена между нулевой точкой, образованной элементами выходной цепи инвертора и его входными выводами. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1, Лабунцов В.А., Ривкин Г.А., Шевченко Г.И., Автономные тиристорные инверторы. Энергия, 1967, с. 32.2. Патент Швейцарии У 419299кл. 21 с. 59/10, кл, Н 02 р 7/42 13.04.65.615577 Редактор Л.В ктор С.Ямало г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Заказ. 3921/44 ЦНИИПИ Государственног по делам и 113035, Москва, лиал ППП. фПате;оставитель Г. Вотчицев Техред А.Алатырев Ко Тираж 892 П комитета Совета Минис зобрвтений и открытий Ж, Раушская наб., д писноеов СССР4/5