Инвертор

(5 ПИСАНИ ВТОРСКОМУ СВ РЕТЕНИ ЛЬСТВ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(71) Научно-исследовательский, проектноконструкторский и технологический институт тяжелого злектромашиностроенияХарьковского завода "Электротяжмаш" им,В.И.Ленина(56) Авторское свидетельство СССРМ 1310976, кл. Н 02 М 7/515, 1985,Авторское свидетельство СССРМ 1504767, кл, Н 02 М 7/515, 1987.(57) Изобретение относится к области силовой преобразовательной техники, Цель -повышение функциональной надежностиинвертора путем выявления аварийной ситуации и предотвращения ее развития. Инвертор содержит три тиристорных моста; главный 1 - 6, распределительный 7 - 12 и обратный 13 - 18. Между одноименными по полярности полюсами главного и распределительного мостов через двухоперационные тиристоры 21, 22 подключены коммутационные конденсаторы 19, 20, которые через датчики тока 43, 44 и выпрямители 41, 42, трансформаторы 39, 40 и преобразователи 27, 28 подключены к источникам дозаряда 25, 26. Дополнительно к датчикам тока 43, 44 введены логические элементы 2 И 47, 48 и НЕ 46, которые обеспечивают блокировку источника дозаряда на время коммутации главных тиристоров, что позволяет использовать выпрямители 41, 42 для защиты от перенапряжений конденсаторов 19, 20 и тиристоров 1 - 6.1 э.п.ф-лы, 3 ил.мю постоянного тока распределительного моста. Главный источник ЗО питания инвер тора подключен к выводам постоянного тока главного и обратного мостов. Величина 45 напряжения источника ЗО может изменяться в широких пределах. Принято, что источник ЗО обладает обратной проводимостью, Нагрузка инвертора 31 (тяговый - асинхронный двигатель) подключена к выводам 50переменного тока мостов главного, обратного и распределительного. Задатчик 32 ча 55 Изобретение относится к преобразовательной технике, используемой преимущественно в автономном тяговом электроприводе с асинхронными короткозамкнутыми электродвигателями.Целью изобретения является повышение функциональной надежности инвертора путем выявления аварийной ситуации и предотвращения ее развития.На фиг, 1 изображена принципиальная схема инвертора с блоками управления; на фиг. 2 - схема блока защиты; на фиг, 3 - схема преобразователя постоянного напряжения в импульсное,Инвертор содержит главные тиристоры 1 - 6, распределительные тиристоры 7 - 12 и обратные управляемые вентили 13 - 18, образующие мосты, соединенные между собой выводами переменного тока. Кроме того, главный и обратный мосты соединены между собой выводами постоянного тока. Коммутационные конденсаторы 19 и 20 и коммутационные запираемые по управлению тиристоры 21 и 22 образуют две последовательные цепочки, включенные между разноименными выводами постоянного тока главного и распределительного мостов. Встречно-параллельно коммутационным тиристорам 21 и 22 включены зарядные диоды 23 и 24 соответственно, Вспомогательные источники 25 и 26 питания постоянного напряжения в частном случае -это общая аккумуляторная батарея, питают преобразователи 27 и 28 постоянного напряжения в импульсное.В качестве преобразователей 27 и 28 могут быть использованы полупроводниковые прерыватели постоянного тока, преобразователи типа Ройера и другие, реализуемые по известным схемам, Разделительный диод 29 включен между выводастоты соединен с распределителем 33 импульсов и блоком 34 задержек. Выходы распределителя ЗЗ импульсов соединены с входами формирователей 35-38 импульсов включения соответственного распределительных тиристоров 7-12, коммутационных тиристоров 21 и 22, обратных управляемых вентилей 13 - 18 и преобразователей 27 и 10 15 20 25 30 35 40 28, главных тиристоров 1 - 6, Выходы блока 34.соединены с входами формирователей 36 - 38, Выходы формирователей 35 - 38 соединены с управляющими электродами соответствующих тиристоров и с управляющими входами преобразователей 27 и 28.Выходы преобразователей 27 и 28 соединены с первичными обмотками трансформаторов 39 и 40 соответственно, вторичные обмотки которых соединены с диодными выпрямителями 41 и 42 соответственно. Трансформаторы 39 и 40 обеспечивают гальваническое разделение вспомогательных и главных цепей, а также согласование напряжение дозаряда с напряжением источников 25 и 26. Диодные выпрямители 41 и 42 собраны по мостовой схеме и через датчики 43 и 44 уровня тока соответственно подключены к коммутационным конденсаторам 19 и 20, Логические элементы НЕ 45 и 46 подключены своими входами к выходам формирователя 37, выдающим импульсы включения преобразователей 27 и 28 соответственно. Выходы логических элементов НЕ 45 и 46 соединены с первыми входами логических элементов И 47 и 48 соответственно, вторые входы которых соединены с выходами датчиков 43 и 44, Выходы логических элементов И 47 и 48 соединены с входами блока 49 защиты, Элементы 25, 27, 39 и 41 образуют источники подзаряда.Инвертор работает следующим образом.В исходном состоянии схема обесточена, напряжение источника 30 равно нулю, конденсаторы разряжены, уиравляющие сигналы и импульсы включения полупроводниковых приборов и устройств отсутствуют, При подаче управляющего сигнала Оу на вход задатчика 32, последний вырабатывает синхрониэирующие сигналы бг, частота следования которых изменяется в зависимости от сигнала,Зу, Аварийный сигнал 0 отсутствует, протекает нормальная работа инвертора, С приходом сигналов бт распределитель 33 выдает сигналы Оь сдвинутые друг относительно друга на время Т/6 и повторяющиеся с периодом Т = - , где 11 частота выходного напряжения инвертора. Блок 34 выполняет функцию задержки сигналов От последовательно на время те 1 о, з и выдает соответственно сигналы бв, бо, бз, показанные на фиг. 1 обобщенным сигналом бь Задержка ь, исчисляемая от начала очередного интервала Т/6, определяет момент. включения соответствующего коммутационного тиристора. Задержка Ь + 1 о определяет момент отключения коммутационного тиристора. Задержка тв + то + 1 з определяет момент включения соответствующих главного тиристора, обратного управляемого вентиля и преобразователя дозаряда,Включенное состояние преобразователей 27 и 28 задается импульсами г 2 т, Г 2 в соответственно, длительность которых определяется постоянной времени цепи заряда коммутационных конденсаторов, но не более Т/6- 8-10- ь Включейие преобразователей 27 и 28 обеспечивает заряд коммутационных конденсаторов 19 и 20 от источников 25 и 26 до заданного уровня напряжения, полярность которого показана на фиг. 1. В процессе заряда конденсаторов 19 и 20 датчики 43 и 44 соответственно вырабатывают сигналы, которые поступают на входы элементов 47 и 48. Поскольку на других входах элементов 47 и 48 сигналы с выходов элементов 45 и 46 соответственно отсутствуют, элементы 47 и 48 выходных сигналов не вырабатывают и блок 49 бездействует, сигнал Од равен логическому "0", сигнал 0 д равен логической "1", При этом задатчик 32 продолжает нормально функционировать, а внешние цепи в соответствии с сигналом Од обеспечивают подачу напряжения от источника 30, При этом главные тиристоры, на которые поданы импульсы включения, набирают ток нагрузки 31.По истечении интервала Т/6 происходит коммутация соответствующего главного тиристора, например тиристора 1. При этом снимается включающий импульс с управляющего электрода тиристора 1, подается включающий импульс на тиристор 7. По истечении задержки тв включается тиристор 21 и по цепи: конденсатор 19 - диод 29 - тиристор 7 - тиристор 1 - тиристор 21 - конденсатор 19 начинает протекать разрядный ток конденсатора 19. В тиристоре 1 разрядный ток протекает встречно току нагрузки и вытесняет его из тиристора 1, последний обесточивается и начинает восстанавливать управляющие свойства. В течение времени Ь происходит частичный разряд конденсатора 19 током нагрузки. По истечении задержки 1 з отключается тири- стор 21 по своей цепи управления, При этом ток нагрузки в коммутируемой фазе переходит в цепь: конденсатор 20 - тиристор 7 - нагрузка 31 - тиристор 2 - диод 24 - конденсатор 20,По истечении задержки подаются импульсы включения на управляющие электроды тиристоров 4 и 13 и на преобразователь 28. При этом диод 24 и тиристор 7 запираются напряжением конденсатора 20, приложенным к ним в обратном направлении по цепи конденсатор 20 -5 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 диод 24 - вентиль 13 - тиристор 7 - конденсатор 20, Вентиль 13 набирает индуктивный ток нагрузки и шунтирует тиристор 4 до тех пор, пока индуктивный ток не спадет до нуля, после чего тиристор 4 набирает активный ток нагрузки коммутируемой фазы противоположного направления, Включение преобразователя 28 обеспечивает дозаряд конденсатора 20 до заданного уровня, Схема готова к очередной коммутации,В случае возникновения аварийной ситуации в инверторе, например, ввиду неотключения главного или коммутационного тиристора в процессе коммутации вследствие потери ими управляющих свойств, коммутационный конденсатор разряжается полностью и вслед за этим начинается его перезаряд током нагрузки. Когда обратное напряжение на конденсаторе достигает уровня падения напряжения на диодах выпрямителя 41 или 42, последние начинают проводить ток нагрузки, в результате чего срабатывает датчик 43 или 44 уровня тока. Выходной сигнал поступает на один из входов элемента И 47 или 48 соответственно, При этом на другом входе элемента И также имеется сигнал, поскольку в процессе коммутации отсутствует импульс включения соответствующего преобразователя 27 или 28 и элементы НЕ 45 или 46 вырабатывают выходные сигналы, поступающие на вход элементов И 47 и 48 соответственно.В результате элемент И срабатывает и его выходной сигнал воздействует на блок 49 защиты, который вырабатывает аварийный сигнал Од, равный логической "1", воздействующий на задатчик 32 таким образом, что он отключается и прекращает генерирование сигналов 6, Исчезают импульсы включения тиристоров, благодаря чему предотвращается возникновение сквозного короткого замыкания в инверторе,Кроме того, изменение сигнала Од на логический "О" приводит к срабатыванию защиты электропривода, которая отключает источник питания 30 или снижает его напряжение до нуля, В результате инвертор обесточивается.На фиг,2 показана схема блока 49 защиты для практической реализации, построенная на микросхемах серии К 155. Сигналы И 7,48 элементов 47 и 48 заведены на элемент 50 (микросхема .К 155 ЛЛ 1 - четыре элемента 2 ИЛИ), выход которого подключен к Я-входу триггера 51 (микросхема К 155 ТМ 2 - два триггера). Начальное состояние триггера 51 устанавливается либо вручную нажатием кнопки 52, либо автоматически устройством 53 восстановления схемы за5 10 15 20 50 щиты по сигналу Оэ, связанных с й-входами триггера 51.Блок 49 (фиг, 2) работает следующим образом,Нажатием кнопки 52 ипи устройством 53 по сигналу Оэ триггер 51 устанавливается в начальное состояние, когда сигнал ОА отсутствует(логический "0"), а сигнал ОА соответственно имеет место (погическая "1"). При возникновении аварийной ситуации в инверторе появление любого из сигналов 147, Из переводит триггер 51 в противоположное состояние, при котором сигнал равен логической "1", а сигнал Г 3 д логическому "О". Дпя восстановления схемы защиты после устранения аварии в инверторе она возвращается в начальное положение вручную кнопкой 52 или автоматическим устройством 53,Схема преобразователя 27 постоянного напряжения в импульсное построена на базе известной схемы Ройера (фиг. 3), На схеме показаны также вспомогательный источник 25 постоянного напряжения, трансформатор 39 и элементы преобразования импульса включения Г 27 применительно к схеме Ройера, Преобразователь содержит транзисторы 54 и 55, встречно-параллельно которым подключены диоды 56 и 57, В цепи управления транзисторами включены насыщающийся трансформа,ор 58, токоограничизающие резисторы 59 - 62 и диоды 63 - 66. Логический элемент НЕ 67 и усилитель 68 образуют цепь преобразования импульса включения Р 27. Преобразователь 28 аналогичен описанному.При отсутствии сигнала 727 (логический "0") имеет место (логическая "1") сигнал 127 на выходе элемента НГ 67 (фиг. 3). Этот сигнал усиливается в усилителе 68 и появляется на его выходе в виде напряжения укаэанной на фиг. 3 полярности. Под действиемвыходного напряжения усилителя 68 по цепям усилитель 68 - резистор 61 - , диод 63 - диод 65 - усилитель 68 и усилитель 68 -резистор 62 - диод 64 - диод 66 - усилитель 68 протекают токи, в результате чего тран-. зисторы 54 и 55 заперты падением напряжения на диодах 65 и 66 соответственно ипреобразователь Ройера бездействует. С появлением импульса включения Р 27 исчезают сигнал Г 27 и напряжение на выходе усилителя 68, При этом снимаются напряжения, запирающие транзисторы 54 и 55, и преобразователь Ройера начинает генерировать переменное напряжение высокой частоты, которое трансформируется и далееиспользуется для доэаряда коммутационного конденсатора. 25 30 35 40 45 Введение датчиков уровня тока в цепь источника доэаряда и применение логических элементов И, НЕ для блокирования источника дозаряда на время коммутации в инверторе позволяет использовать диодный выпрямитель для защиты коммутационных конденсаторов и тиристоров от перенапряжений отрицательной полярности на конденсаторе и высокочастотных собственных колебаний в контуре коммутации при аварийной ситуации в инверторе, а также позволяет своевременно выявить эту ситуацию и принять мерц по ее устранению, благодаря чему повышается надежность инвертора и связанного с ним электрооборудования, поскольку предупреждается развитие сверхтоков в них. Формула изобретения 1. Инвертор, содержащий мосты главных и обратных тиристоров, соединенные между собой соответственно выводами переменного и постоянного тока, мост распределительных тиристоров, соединенный с главным и обратным мостами выводами переменного тока, коммутационные запираемые тиристоры и коммутационные конденсаторы, образующие две последова-, тельные цепочки, включенные между выводами постоянного тока главного и распределительного мостов, источники подзаряда, разделительный диод, включенный между выводами постоянного тока распределительного моста, зарядные диоды, включенные встречно-параллально коммутационным тиристорам, задатчик частоты, соединенный с распределителем импульсов и блоком задержек импульсов, формирователи импульсов включения и от.- ключения тиристоров и источников подзаряда, блок защиты и датчики уровня тока, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности путем выявления аварийной ситуации в инверторе и предотвращения ее развития, источники подзаряда подсоединены к коммутационным конденсаторам через датчики уровня тока, выход. каждого из которых подключен к одному иэ входов введенных двухвходовых логических элементов И, к другому входу которых соответственно подключен выход введенных логических элементов НЕ, входы которых, в свою о середь, соответственно подключены к выходам формирователей импульсов включения источников подзаряда, а выходы логических элементов И подключены к входам блока защиты.2. Инвертор по п.,1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что каждый источник подзаряда содер 1647813 10жит последовательно включенные преобразователь постоянного напряжения вспомогательного источника питания в импульсное, управляемый формирователем импульсов включения источника подзаряда,разделительный согласующий трансформатор и диодный выпрямитель.