Автономный -фазный мостовой инвертор напряжения

1, 758438 ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИяК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистяческивРеспубпмк(51) М. КЛ, Н 02 М 7/515 с присоединением заявки РЙ Государстввнный камнтет(23) Приоритет ло делам изобретений н открытнй(72) Авторы изобретения Э. Н, Гречко, В, Е, Павленко и О, И. Фирсов Институт электродинамики АН Украинской ССР(54) АВТОНОМНЫЙ пт - ФАЗНЫЙ МОСТОВОЙ ИНВЕРТОР НАПРЯЖЕНИЯИзобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в частотно-управляемом электроприводе.Известны тиристорные мостовые инверторы с общим узлом коммутации, осуществляющие попеременно принудительную коммутацию то анод ной, то катодной группы тиристоров 1, 2 и 3. Они отличаются, как известно, жесткой внешней характеристикой за счет гальванической развязки коммутирующих и рабочих электромагнитных процессов в инверторе.1 О Однако в таких инверторах напряжение источника питания в момент разряда конденсатора узла коммутации прикладывается к зажимам последовательной индуктивности на входе, что приводит к увеличению тока, отбираемо.15 го от источника и циркулирующего через основные тиристоры и, кроме того, к усложнению узла коммутации за счет введения различных цепей сброса избыточной энергии20 коммутации, а также к сложности установки защиты инвертора по току и к пониженной помехоустойчивости схемы в связи с появлением повышенных напряжений на коммутнрующей индуктивности, превышающих величину напряжения питания инвертора.Указанных недостатков лишены инверторы с узлом коммутации, осуществляющем пере. менную групповую коммутацию анодной и :катодной группы тиристоров 4, 5 и 6, реализующие последовательную коммутацию с независимым контуром перезаряда коммутирующего конденсатора.Однако содержащиеся в силовой цепи этих известных решений коммутирующие дроссели приводят к дополнительным потерям и к снижению жесткости внешней характеристики.Наиболее близким по существу технического решения является инвертор, содержащий двухфазный мостовой инвертор, тиристорыкаждой стойки которого соединены междусобой через дроссель с шинами питания, мост диодов обратного тока, а также два узла принудительной коммутации, каждый из которых выполнен в виде цепочки из после. довательно включенных вентиля, ограничительного дросселя и коммутирующего конденса. тора, к обкладкам которого через встречно3 758параллельно включенные коммутирующий тиристор и перезарядный вентиль подключенаотпайка обмотки коммутирующего дросселя,причем указанные цепочки подключены к шинам литания инвертора тзк, что одна обклад.ка коммутирующего конденсатора одного узлапринудительной коммутации связана с точкойобъединения электродов катодной группытиристоров, а обкладка коммутирующегоконденсатора второго узла принудительной ком.мутации связана с точкой объединения электродов анодной группы тиристоров инвертора,Этот инвертор имеет тот же выше отмеченный недостаток.Целью изобретения является устранениеэтого недостатка, а именно улучшение энерге.тичсских показателей инвертора.Постзвленная цель достигается тем, чтоавтономный тп-фззный мостовой инвертор, вы.полченный аналогично выше описанномусна 1 жен 2 пт числом вспомогательных тиристоро, причем катоды тиристоров анодной груп.пы через в вспомогательных тиристоров внеггроводящем направлении подключены черезобмотку коммутирующего дросселя одногоузна принудительной коммутации к точкеобъединения электродов тиристоров катоднойгруппы, а аноды .тиристоров кзтодной группычерез другие п 1 вспомогательных тиристоровв проводящем направлении подключены черезобмотку коммутирующего дросселя второгоузла принудительной коммугзции к точкеобъединения электродов тиристоров зноднойгруппы.Сущность предложения поясняется нз чертеже,Инвертор содержит: стойки моста 1 и 2,каждая из которых собрана на тиристорах Т 1,Т 2, диодах Д 1 и Д 2 моста обрзтного тока свключенными между катодом тиристорз Т 1и знодом тиристора Т 2 демпфирующим дрос.селем Др, который содержит три промежуточ.ных отвода, крайними из которых он соединенс диодами моста обратного тока, з среднийего отвод является выходным выводом инвертора; две группы З,и 4 вспомогзтсльных ти.ристоров, первая из которых подключена ка.толами к катодам тиристоров Т 1 аноднойгруппы, а вторая группа вспомогательныхтиристоров подключена анодами к анодам тиристоров Т 2 катодной группы; два узла 5и 6 принудительной коммутации, каждый изкоторых содержит коммутирующие конденсаторы 7 и 8, подключенные к шинам питзнияинвертора через вспомогательные дросселя 9и 10, и развязывающие вентили 11 и 12,а также подсоединенные одной обкладкой кодному из крайних отводов коммутирующегодросселя 13 и 14 непосредственно, а к его 438 4 промежуточному отводу через коммутирую. щие тиристоры 15 и 16, шунгированные в обратном напрзвлении диодами 17 и 18, при этом вторым крайним зажимом коммутируюшие дросссли 13 и 14 соответственно подключены к анодам 1 катодам) первой (второй)группы вспомогательных тиристоров. Источникпитания обозначен цифрой 19.Рассмотрим принцип работы инвертора.В исходном положении коммутируюгцие кон.денсаторы 7 и 8 заряжены практически донапряжения источника питания, В общем слу-чае в каждом плече инвертирования включенвсегда один из силовых тиристоров, Согласно 15 очередности следования интервалов повторяемости работы мостового инвертора пусть ив первом и втором плече инвертировзнияоткрыты анодные тиристоры Т 1, а в п 1-омплече инвертирования открыт тиристор Т 2.20Для включения тиристора Т 1, например, первого плеча инвертирования подают открываю.щие импульсы управления на коммутирующийтиристор 5 и вспомогательный тиристор 20.При включении коммутирующего тиристора 15 25к обмотке Ю, коммутирующего дросселя 13прикладывается напряжение коммутирующегоконденсатора 7. Непосредственно на дросселе 13 за счет магнитной связи первой ЧЧти второй Й, полуобмоток изводится напряжение, превышающее напряжение источникапитания. Напряжение дросселя 13 прикладывается через включенный вспомогательныйтиристор 20 непосредственно к катоду тиристора Т 1 и через источник питания 19 к его 35аноду, тем самым достигается принудительноевключение тиристорз Т 1 первого плсцз инвертирования. Выбор числа витков полуобмотки 6/ дросселя 13 проводится исходя из необходимогопо величине обратного, напряжения, прикладывасмого к силовому тиристору моста, от40величины которого, как известно, в значительной степени зависит время восстановлениятиристоро в.При включении тиристора Т, вследствие 45индуктивной реакции нагру.,и ток тиристораТ 1 переводится в цепь дг ода Д 2. Поэтому,если он до этого протекал к выходномувыводу инвертора через тиристор Т 1 и полуобмотки В, и В, демпфируюшего дроссе.ля Др, то теперь к выходному выводу токнагрузки будет протекать через диФд Д 2 иполуобмотку Ю 2 демпфирующего дросседя Др.При этом энергия, запасенная в обмотке %демпфирующего дросселя,будет трансформирована в обмотку 9/ В то жс время обмотки 9/ 55и Ф будут исключать шунтирующее действиедиода Д 1 на величину обратного восстанавли.Вающего напряжения, прикладываемого ктиристору Т 1.758438 5Следует отметить, что при срабатывании узла 5 коммутации может быть существенно либо принудительное выключение любого из анодных тиристоров Т 1 каждой стойки моста, либо одновременное выключение не. скольких тиристоров анодной группы, например тиристоров Т 1 первой и второй стойки моста, что достигается соответствующей пода. чей открывающего импульса управления на коммутирующий тиристор 15 коммутационной 10 . схемы и на один из вспомогательных тиристоров, например, на тиристоры 20 и 21.Вернемся к дальнейшему рассмотрению электромагнитных процессов в первом узле коммутации. Начиная с момента включения 15 тиристора 15, осуществляется колебательный перезаряд конденсатора 7 через полуобмотку Ю(, коммутирующего дросселя 3 да проти. воположной полярности. При этом с момента изменения полярности напряжения на коммутирующем конденсаторе на противоположную, заканчивается восстановление управляющих свойств тиристора Т 1, а за счет обесточивания и изменения полярности напряжения на обмотках коммутирующего дросселя 13 начинается восстановление управляющих свойств вспомогательных тиристоров, в частности ти. ристора 20. Как только коммутируюшик конденсатор перезарядится до противополож. ной полярности, качинается его перезаряд до исходной полярности капряжения через ту же обмотку Ф, коммутирующего дросселя 13 и через диод 17, При этом коммутирующий тиристор восстанавливает свои управляющие свойства, С момента появления исходной полярности напряжения на коммутирующем конденсаторе снимается восстанавлнвающее напряжение с вспомогательных тиристоров, а восстановление управляющих свойств комму. тирующего тиристора 15 заканчивается в мо. мент окончания перезаряда коммутирующего конденсатора до исходной полярности, По окончании перезаряда конденсатора 7 до исходной полярности осуществляется доэаряд конденсатора 7 через вспомогательный дроссель 9 и развязывающий, вентиль 11, Если обозначить напряжение на коммутирую. щем конденсаторе 7 в момент начала дозаряда через О, то можно сделать вывод о том, что зто напряжение будет несколько меньшим напряжения источника питания эа счет конечной добротности дросселя 13, Поэтому при дальнейшем дозаряде конденса торе 7 от источника питания будет иметь место только некоторое превышение напряжения на коммутируюшем конденсаторе над величиной напряжения источника питакия, однако оно не будет существенным из-эа того, чта разница Е - Осс) также не обосновано велика и, кроме того, контур дозаряда такжеимеет конечные добротности элементов. Таким,образом, практически можно говорить о том,что конечное напряжение дозаряда коммутирующего конденсатора равно величине напряженки источника питания,Следует отметить, что обычна параметрыкоммутирующего 13 и вспомогательного 9дросселей рассматриваемого ткпа узла коммутации, осуществляющие последовательнуюкоммутацию с независимым контуром дозаря.да коммутирующего кондексатара 41, (51 и 161,выбирают исхода из условия1-91-1 3 ю 1-1 0 у 1.1 4т.е, когда электромагнитные процессы в разрядкам контуре протекают как минимумна порядок быстрее чем в дозарядном кон.туре. При необходимости повышения частотысрабатывания узлов коммутации параметрыдозарядного дросселя могут быть пониженыдо коммутирующего дросселя за счет исполь.зования вместо отсекающего диода отсекающего тиристора.Аналогично описанному процессу принуди.тельной коммутации анодных тирксторовинвсртора (с помощью псрваго узла коммутации) осуществляется процесс принудительного включения катодных тиристарав инвертора с помощью второго узла коммутациипутем подачи импульсов управления одноврс.менно на коммутирующий тиристар 16 ина вспомогательные тиристоры второй группы.Наличие демпфирующнх дросселей в каждомплече инвертирования мало сказывается навнешней характеристике инвертара, так какпараметры данного дросселя обычно на порядок ниже параметров коммутирующегодросселя и составляют величину 20 - 30 мк Гн,в то же время, как было показано выше,они исключают шунтируюшее действие диодов моста обраткога тока на величину обрат.ного восстанавливающего напряжения, прикла.дываемого к тиристорам, а также ограничивают величину параметра СЮ/С 4 ь.,Формула изобретения Автономный т-фазный мостовой инвертор напряжения, тиристоры каждой стойки кото. рого соединены между собой через дроссель, содержащий мост диодов обратного тока, а также два узла принудительной коммутаци каждый из которых выполнен в виде цепоч. ки из последовательно включенных раэвязы. вающего вентиля, вспомогательного дросселя и коммутирующего конденсатора, к обкладкам которогочерез встречно. параллельно включенные коммутирующий тиристор и пере.758438 оставитель Г; Мыцыкехред Ж, Кастелевич Редакто ова орректор А. Гриценк аказ 5649/4 Тираж 783 Подпи ЦНИИПИ Государственного комитета СССР ло делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5е . фил 1 ПП "Патент, г. Ужгород, ул. Г 1 роектная, 4 зарядный вииль подключена отпайка обмот.ки коммутирующего дросселя, причем укаэанные цепочки подключены к шинам питания инвертора, одна обкладка коммутирую.щего конденсатора одного узла принудительнойкоммутации связана с точкой объединенияэлектродов катодной группы тиристоров, аобкладка коммутирующего конденсатора второго узла принудительной коммутации связаня с точкой объединения электродов анод.ной группы тиристоров инвертора, о т л и.ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения энергетических показателей, он снабжен2 п 1 числом вспомогательных тиристоров, катоды тиристоров анодной группы через твспомогательных тиристоров в непроводящемнаправлении подключены через обмоткукоммутирующего дросселя одного узла прину.дительной коммутации к точке объединенияэлектродов тиристоров катодной группы, ааноды тиристоров катодной группы черездругие пт вспомогательных тириоторов в проводящем направлении подключены через обмотку коммутирующего дросселя второго узлапринудительной коммутации к точке объединения электродов тиристоров анодной группы. Исгочиики информации,принятые во внимание при экспертизе1, Забродин Ю. С., Шевченко Г. Н, Инвертора напряжения с общим коммутирующим5устройством. Труды МЭИ. Доклады научнотехнической конференции по итогам н. и. -работ за 1966 - 67 гг., М 1967, с, 47-65.2, Лабунцов В. А Забродин Ю, С. Трансформаторный вывод избыточной энергиииэ контура коммутации в тиристорных инвер.торах напряжений. "Преобразовательнаятехника", выл. 9 - 10, М 1970.3. Забродин Ю. С. Узлы принудительнойконденсаторной коммутации тиристоров, М.,"Энергия", 1974.4. Житков М, А., Добрускин В. А. "Регулируемый трехфазный инвертор напряженияс групповой коммутацией", В сб, Современные задачи преобразовательной техники".5. Цоцоег й. Ебес 1 лесЬег ИесЬМгого Мейб Ег аког С%Е бЕ Ьсб 1 обй 5 Ъео годвВег 1 й ест ег гге 1 Ьагонде, а 1 егоеое леАвспг 11,1965, У 6, р. 729-733.6. Авторское свидетельство СССР У 284113,кл, Н 02 Р 5/16, 1972.