Автономный инвертор напряжения

Оп ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскимиСоциалистическихРеслублик и 817940/ ., ., е Московский ордена Ленина энергетичнее;ий ннтйтутт(71) Заявител 54) АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР НАПРЯЖЕНИЯ Изобретениеке и может бытьварианта схемьнапряжения с одгр узкой. рационных тиристоров, объе ми своими электродами в а ную группы, однофазный тиристорный мост, тиристор пы которого зашунтированы дами, а в диагональперемен чены последовательно соед тирующая 1.С-цепочка и пер коммутирующего тра нсфор рованная встречно последо ненными стабилитронами. тносится к электротехни использовано для любог тиристорного инвертор офазной и трехфазной на диненных дрчгинодную и катод- коммутирующий ы анодной груп- обратными дионого тока вклюиненные коммувичная обмотка матора, шунтивательно соедиИзвестны схемы инверторов с узлами коммутации, построенными на основе коммутирующей цепочки из конденсатора и дросселя 1.В подобных схемах увеличение фазности нагрузки приводит к увеличению коли. чества коммутирующих конденсаторов и дросселей, снижению надежности и росту массогабаритных показателей устройства. Уменьшить количество коммутирующих реактивных элементов можно посредством трансформаторного разделения коммутирующей цепрчки и основных тиристоров инвертора 12.Наиболее близкой по технической сущности является схема трехфазного автономиого инвертора, содержащего подключенный ко входным выводам мост основных тиристоров, шунтированных обратными диодами, общая точка которых связана через вторичные обмотки коммутирующего трансформатора с одними электродами двухопеПотенциальная развязка коммутирующей цепочки от основных тиристоров с помощью импульсного трансформатора и двух- операционных тиристоров в инверторе позволяет при минимальном количестве громоздких реактивных коммутирующих элементов обеспечить пофазную коммутацию основных тиристоров. Другим достоинством инвертора является возможность регулирования напряжения на коммутирующем кон 2 в денсаторе без введения специального регулируемого источника питания. Такое регулирование позволяет изменять амплитуду коммутационного тока нагрузки, сохраняя тем самым высокий КПД устройства при ма50 55 лых токах нагрузки инвертора, например при холостом ходе асинхронного двигателя 3,Одним из недостатков устройства следует считать то обстоятельство, что в инверторе имеет место пофазная коммутация основных тиристоров, которая в ряде случаев не позволяет обеспечить такой гармонический состав выходного напряжения инвертора, который достигается при повентильной коммутации тиристоров 4.Другим недостатком является локальный перегрев структуры коммутирующих двух- операционных тиристоров на этапе их выключения, который связан с процессом сжатия анодного тока в узкий шнур и узколокализованным тепловьщелением при запирании р-п-пр-п структуры импульсом тока управления 5.Локальный перегрев, достигающий температуры порядка 400 С, приводит к большой тепловой перегрузке двухоперационных тиристоров.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства, заключающееся в осуществлении повентильной коммутации основных тиристоров инвертора, при одновременном повышении надежности за счет снижения тепловой перегрузки двухоперационных тиристоров.Поставленная цель достигается тем, что в автономный инвертор напряжения, содержащий подключенные ко входным выводам мост основных тиристоров, шунтированных обратными диодами и последовательными цепочками, состоящими, каждая, из вторичной обмотки коммутирующего трансформатора и двухоперационного тиристора и однофазный коммутирующий тиристорный мост, тиристоры анодной группы которого зашунтированы обратными диодами, а в диагональ переменного тока включена коммутирующая .С-цепочка, последовательно с обратными диодами, шунтирующими тиристоры анодной группы коммутирующего моста, включены первичные обмотки коммутирующего трансформатора.На фиг. 1 представлена принципиальная схема автономного инвертора напряжения в трехфазном мостовом варианте исполнения; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства на интервале коммутации.Трехфазный инвертор с основными тиристорами 1 - 6, шунти рован ными об ратин ми диодами 7 - 12 и последовательными цепочками, состоящими из вторичных обмоток 13 - 18 импульсного трансформатора 19 двухоперационных тир исторов 20 - 25 работает на трехфазную нагрузку 26 и содержит однофазный мост из тиристоров 27 - 30, тиристоры 27 и 28 которого шунтированы обратными диодами 31 и 32.Диагональ постоянного тока моста подключена к источнику питания инвертора, а диагональ переменного тока содержит ком 5 1 о 15 20 25 зо 35 40 45 4мутируюшую цепочку 33, состоящую из конденсатора 34 и дросселя 35. Для расширения функциональных возможностей схемы при одновременном снижении тепловой перегрузки двухоперационных тиристоров 20 - 25 последовательно с диодами, шунтирующими тиристоры анодной группы коммутирующего моста, включены первичные обмотки 36 и 37 коммутирующего трансформатора 19,Инвертор работает следующим образом.Пусть в начальный момент времени открыты тиристоры 1, 3, 5, а коммутирующий конденсатор 34 заряжен при положительной полярности на правой обкладке,В момент времени 11 начинается процесс коммутации тиристора 1. Для запирания тиристора 1 подают положительные управляющие импульсы на тиристоры 27 и 20. Конденсатор 34 начинает перезаряжаться по контуру 34-35-36-32-27-34 (фиг. 2 а), а через тиристор 1 протекает ток 11 (фиг. 2 в), равный разности тока нагрузки фазы А - 1 д и тока указанного колебательного контура з, приведенного через коэффициент трансформации ко вторичной обмотке 13 трансформатора 19 (ток 1на фиг. 2 б).После момента времениток 1 з становится по величине больше тока 1 д и ток, равный их разности, переходит в диод 7, а тиристор 1 оказывается под обратным анодным напряжением и восстанавливает непроводящие свойства. На интервале вре 4мени 1 - 1 з ток звозрастает до максимума и начинает спадать. В момент 15, до.того как ток 1 спадает до величины тока 1, подают отпирающий импульс управления на тиристор 30 и запирающий отрицательный импульс тока управления на двух- операционный тиристор 20. При отпирании тиристора 30 обмотка 36 через этот тиристор и диод 32, проводящий некоторое время в обратном направлении, подключается к источнику питания инвертора и на обмотке 13 возникает импульс напряжения с амплитудой Е К, где Кт - коэффициент трансформации, равный отношению числа витков обмотки 13 к числу витков в обмотке 36. Если Кт ) 1, то тиристор 20 оказывается под обратным анодным напряжением величиной Е (К, - 1), которое, совместно с импульсом отрицательного тока управления, приводит к комбинированному выключению двухоперационного тиристора 20. По существу эквивалентная схема, приведенная к обмотке 13 трансформатора 19 на этапе выключения тиристора 20 (интервал 15 - 1), представляет собой последовательную цепочку, состоящую из источника питающего напряжения Е, источника импульсного напряжения Е 4, Ктр, направленного встречно первому источйику и превышающего его по величине, проводящих в прямом направлении тиристора 30 и диода 10, по которому начинает протекать ток1 и проводящих на интервале 1 д - 1 в обратном направлении тиристора 20 и диода 32; причем диод 32 выбирают таким,чтобы время жизни неосновных носителей вего базе (это время определяет величинунакопленного в базе диода 32 избыточногозаряда и скорость его спада) было большевремени жизни неосновных носителей в и-базе тиристора 20. Поэтому тиристор 20 первым в момент 1 восстанавливает непроводящие свойства в обратном направлении(фиг. 2 е) и именно к нему в данный моментвремени прикладывается практически всенапряжение Ед (Кт - 1) в обратном направлении (фиг. 2 ж), так как диод 32 вмомент 1 еще имеет существенно меньшеечем у ,тиристора 20, сопротивление, в обратном направлении из-за оставшегося в, немизбытрчного заряда. Таким образом, импульс обратного анодного напряжения сохраняется на тиристоре 20 до момента 15, когда заканчивается процесс снижения до равновесного значения заряда неосновных носителей в базе диода 32, накопленного вовремя протекания через этот диод прямогоанодного тока (см. интервал 1 в ( 5 нафиг. 2 б),В момент 15 сопротивления диода 32 вобратном направлении резко увеличиваетсяи на обмотке 13 перестает наводиться напряжение Е( Кт, что приводит к появлению на тиристоре прямого напряженияЕд. (фиг, 2 ж).Одновременно с процессом выключениятиристора 20, при отпирании тиристора 30начинается процесс дозаряда конденсатора34 по контуру 34-35-30. - источник питанияинвертора 27 - 34. Наличие источника напряжения в, данном контуре позволяет восполнить потери энергии в коммутирующей1.С-цепочке, имеющие место на интервалевремени 1 - .1 з,В момент 14 ток 1 З = 0 и тиристоры27 и 30 выключаются, после чего в принципе возможна коммутация очередного основного тиристора инвертора.В следующий коммутационный такт сначала осуществляют отпирание тиристора 28и двухоперационного тиристора, шунтирующего очередной запираемый основной тиристор инвертора, а затем, спустя время задержки 1 -- 1 з - 14, осуществляют отпирание тиристора 29 и подачу импульса отрицательного тока управления на двух- операционный тиристор, который запирается комбинированным способом, как запирается двухоперационный тиристор 20 на предыду 1 цем коммутационном такте.Регулируемое время 1 ау позволяетпроизводить регулирование напряжения на конденсаторе 34, а значит и амплитуды тока в коммутирующей цепочке 33,что обеспечивает минимальные коммутационные потери при работе инвертора на изменяющуюся по величине нагрузку. Формула изобретения15Автономный инвертор напряжения, со, держащий подключенные ко входным выводам мо"т основных тиристоров, шунтированных обратными диодами и последовательными цепочками, состоящими, каждая,из вто 20 ричной обмотки коммутирующего трансформатора и двухоперационного тиристора, иоднофазный коммутирующий тиристорныймост, тиристоры анодной группы которогозашунтированы обратными диодами, а вдиагональ переменного тока включена коммутирующая 1.С-цепочка, отличающийся тем,что, с целью расширения функциональныхвозможностей и повышения надежности,первичные обмотки. импульсного трансформатора включены последовательно с диодами, шунтирующими тиристоры аноднойгруппы указанного однофазного моста.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Забродин Ю. С. Узлы принудительнойконденсаторной коммутации тиристоров М,35 Энергия, 1974.2. Патент США, 4060757, кл. 363 - 57,1976.3. Авторское свидетельство СССР564698 кл. Н 02 М 7/515 1975.4. Лабунцов В. А., Анализ и синтез ти 40 ристорных автономных инверторов напряжения, Дис. на соиск. уч. ст. д. т. н. МЭИ,1973.5. Аязян Р. Э. и др. Об ограничениипереключаемой мощности в р-п-р-и структурах, выключаемых импульсом тока управления. Физика и техника полупроводников,1971, том.51, с. 141 - 143.