Автономный инвертор напряжения

Союз Советских Социалистических Реслублик(51) М. Кл.з 02 М 7/515 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытийДата опубликования описания 15.06.81(У 2) Авторы изобретения О.Г, Булатов, С,В. Одынь и О,Б, Одынь) Заявитель Ленина энергетическ сковскнй орде инстит т(54) АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР НАПРЯЖЕНИ 10 0 Изобретение относ итс я к элек тро.,технике и может быть использованодля любого варианта схемы тиристорного инвертора напряжения с однофазной и трехфазной нагрузкой.Известны схемы инверторов с узлами коммутации, построенными на основе коммутирующей цепочки из конденсатора и дросселя 1,Однако в данных схемах увеличение фазности нагрузки приводит кувеличению количества коммутирующихконденсаторов и дросселей, снижению надежности и росту массогабаритных показателей устройства.Уменьшить количество реактивныхэлементов можно посредством трансформаторного разделения коммутирующей цепочки и основных тиристоровиивертора 2,Наиболее близкой к предложеннойпо технической сущности являетсясхема трехфазного автономного инвертора, содержащего трехфазныймост из основных тиристоров, шунтированных .обратными диодами, параллельно каждому из которых подключены через двухоперационные тиристо ры вторичные обмотки коммутирующегоимпульсного трансформатора, и однофаэный коммутирующий тиристорный мост, тиристоры анодной группы кото рого зашунтированы обратными диодами с последовательно подключенными .к ним первичными обмотками указанного импульсного трансформатора 3,Потенциальная развязка коммутирующей цепочки от основных тиристоров с помощью импульсного трансформатора и двухоперационных тиристоров в данком инверторе при минимальном числе громоздких реактивных коммутирующих элементов обеспечивает повентильную коммутацию основных тиристоров, при которой достигается хороший гармонический состав кривой выходного напряжения, а также возможность регулирования напряжения на коммутирующем конденсаторе беэ введения специального регулируемого источника питания. Такое регулирование изменяет амплитуду коммутационного тока в зависимости от величины тока нагрузки, сохраняя тем самым высокий КПД устройства при малых токах нагрузки инвертора, например при холостом ходе асинхронного двигателя. Нренмуществом инвер" тора является также устранение локальнаго перегрева структуры комму 838970тирующих двухоперационных тиристоров, связанного с процессом сжатия анод- ного тока в узкий шнур при запирании посредством комбинированного выключения этих тиристоров 4 и (51 .Недостатком данного устройства является ноэможность одновременного отпирания обоих тиристоров в вентильном плече однофазного коммутирующего моста, вызванная сбоем в системе упранления или эффектом дО /Ю при отпирании одного коммутирующего тиристора вентильного плеча. Это приводит к образованию коротко- замкнутой цепочки, шунтирующей источник питания инвертора и, следовательно; к срыву инвертирования, что снижает надежность работы инвертора.Цель изобретения - повышение надежности работы инвертора за счет существенного снижения возможности закорачинания источника питающего напряжения через вентильные плечи однофазного тиристорного моста,Поставленная цель достигается тем, что в автономный иннертор напряжения, содержащий подключенный ко входным выводам мост основных тиристоров, шунтированных обратными диодами и последовательными цепочками, состоящими, каждая, из вторичной обмотки коммутирующего трансформатора и двухоперационного тиристора, причем один конец первичной обмотки трансформатора соединен с анодом дополнйтельного диода, катод которого подключен к положительному входному выводу, соединенному с анодной группой однофазного коммутирующего моста, коммутирующей , С-цепочкой в диагонали переменного тока, снабжен дозарядным тиристором, включенным между катодной группой однофазного тиристорного моста, соединенной со вторым концом первичной обмотки коммутирующего трансформатора, и отрицательным входным выводом.На Фиг,представлена принципиальная схема предлагаемого автономного иннертора напряжения н трехфазном мостовом варианте исполнения; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства на интервале коммутации.Трехфазный иннертор с основными тиристорами 1-6, шунтированными обратными диодами 7-12 и последовательным соединением вторичных обмоток 13-18 импульсного коммутирующего трансформатора 19 с двухоперационными тиристорами 20-25 работает на трехфазную нагрузку 26 и содержит однофазный мост из коммутирующих тиристоров 27-30, к диагонали переменного тока которого подключена коммутирующая цепочка 31 из конденсатора 32 и дросселя 33, а к диагонали постоянного тока - последовательно соединенные первичная 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 обмотка 34 трансформатора 19 и дополнительный низкочастотный диод 35, Между катодной группой однофазного моста и отрицательным выводом источни)а питания инвертора включен дозарядный.тиристор 36Инвертор работает следующим образом.Пусть в начальный моментоткрыты тиристоры 1, 3, и 5, а коммутирующий конденсатор 32 заряжен при положительном потенциале на правой обкладке. В момент 1 начинается процесс коммутации тиристора 1, Для запирания тиристора 1 подают положите льные управляющие импульсы на тиристоры 20, 27 и 30. Конденсатор 32 начинает перезаряжаться по контуру 32-33-30- 34-35-27-32 (фиг. 2, а а через тиристор 1 протекает ток 7 (фиг. , в), равный разности тока нагрузки Фазы АА и тока указанного колебательного контура э, принеденного через коэффициент трансформации ко нторичной обмотке 13 трансформатора 19 ( З 2 , фиг, 2, б), После моментаток 2 становится по величине больше тока 1 А и ток, равный их разности, переходит в диод 7, а тиристор 1 оказывается под обратным анодным напряжением и носстанавливает непроводящие свойства, На интервале1 до того, как ток э спадает до величины тока 1 А, подают отпирающий импульс управления на тиристор 36 и запирающий отрицательный импульс тока управления на днухоперационный тиристор 20, При отпирании тиристора 36 обмотки 34 через этот тиристор и диод 35, проводящий некоторое время в обратном направлении, подключается к источнику питания и на обмотке 13 возникает импульс напряжения с амплитудой Еб К , где К- коэффициент трансформации, равный отношению числа витков обмотки 13 к числу витков обмотки 34, Если Ктр)1, то тиристор 20 оказывается под обратным анодным напряжением ЕД(К р-),которое совместно с импульсом отрицательного тока управления приводит к комбинированному выключению двухоперационного тиристора 20.Эквивалентная схема, приведенная к обмотке 13 трансформатора 19 на этапе выключения тиристора 20 (интервал 1- 1) представляет собой последовательную цепочку, состоящую из источника питающего напряжения Ез, источника импульсного напряжения ЕВ.Ктр, направленного встречно-первому источнику и превышающего его по величине, проводящих н прямом направлении тиристора Зб и диода 10, по которому начинает протекать ток 1 А, и проводящих на интернале 1- С, н Обратном направлении тиристора 20 и диода 35,причем диод 35 выбирают таким, чтобы время жизни неосновных но;сителей в его базе (это время определяет величину накопленного в базе диода 35 избыточного заряда и скорость его спада), было больше времени жизни неосновных носителей в и-базе тиристора 20. Поэтому тиристор 20 первым в момент 4, восстанавливает непроводящие снойстна в обратном направлении (фиг 2, е), Именно к нему в данный момент прикладывается практически все напряжение в обратном напранлении (фиг.2 ж), так как диод 35 в момент 1, еще имеет существенно меньшее, чем у тиристора 20 сопротивление в обратном направлении из-за оставшегося н нем избыточнго заряда. Импульс обратного анодного напряжения сохраняется ка тиристоре 20 до мом кта 5, когда заканчивается процесс снижения дс равновесного значения заряда неосновных носителей в базе диода 35, накопленного но время протекания через этот диод прямого анодногс тока (интервалв ; 13 на фиг. 2, г), В момент 1 5 сопротивление диода 35 н обратном направлении резко увеличивается и на обмотке 13 перестает наводиться напряжение Е,З. К.,1,-.тс приводит к поянлению на тиристоре прямого напряжения Е д (фиг. 2, ж).Одновременно с процессом выключения тиристора 20, при отпирании тиристора 36, начинается п 1 опесс дозаряда конденсатсра 32 по контуру 32-33-30-3 С - исто"кик питания инвертора - 27 - 32, Наличие источника напряжения н данком контуре позволяет восполнить потери энергии н коммутирующей ЬС-цепочке, имеющие место на интервале временизВ момент 6 ток( = 0 и тиристоры 27, 30 и 36 выключаются, после чего в оэможн а коммутаци я очередного основного тиристора инвертора.В следующий коммутационный такт сначала осуществляют отпирание тиристоров 28, 29 и двухоперационного тиристора, шунтирующего очередной запираемый основной тиристор инвертора, а затем спустя нремя задержки 1;З -- 1- . осуществляют отпирание управления на двухопера. - ционный тиристор, который запирается комбинированным способом, как запирался двухоперационный тиристор 20 на предыдущем коммутационном такте. Регулирование временипозволяет, как и в противопоставляемом устройстве, производить регулирование напряжения на конденсаторе 32, а значит и амплитуды тока в коммутирующей цепочке 31, что обеспечивает минимальные коммутационные потери при работе иквертора На иэ меняющуюся по величине нагрузку.В данном устройстве обеспечивается подача кратковременного импульса обратного анодного напряжения на интервале выключения двухоперационного тиристора, поскольку совместное воздействие импульсов отрицательного тока управленияи обратного анодного напряжения(так называемое комбинированное выключение тиристора) придает процессувыключения одномерный характер,что устраняет локальный перегревр-п-р-.",-структуры, и существенноуменьшает тепловую перегрузку двух операционных тиристоров 20-25,благодаря чему удается в пять-восемь раэ повысить мощность, коммутируемую этими тиристорами, по сравнению с их выключением только по Щ 0 управляющему электроду.Преимуществом дакного устройстваявляется существенное снижение возможности закорачивания источникапитающего напряжекия через вентиль кые плечи одкофаэкого коммутирующеготиристсрного моста, поскольку этотмост подключен к источнику питающего напряжения не непосредственно,а черен доэарядный тиристор. Кроме З 0 того, наличие одной первичной обмотки н трансформаторе 19 вместо двух,упрощает конструкцию этого трансформатора и делает магнитную связьмежду его первичной и вторичнымиобмотками более сильной и симметричной. Это приводит к одинаковымусловиям запирания основных 1-6 икоммутирующих 20-25 тиристоров,т,е. повышает надежность работы 40инвертора.Формула изобретения Автономный иннертор напряжения,45 содержащий подключенный ко входнымвыводам трехфазный мост основныхтиристоров, шуктированных обратнымидиодами и последовательными цепочками, состоящими, каждая, из вторичной обмотки коммутирующего трансформатора и днухоперационного тиристора, причем один конец первичнойобмотки трансформатора соединен санодом дополнительного диода,катод которого подключен к положительному входному выводу, соединенному с анодной группой однофазногокоьжутирующего тиристорного мостас коммутирующейС-цепочкой в диагонали переменного тока, о т л и 40 ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения надежности работы, он,снабжен дозарядным тиристором, включенным между катодной группой одноФаэного тиристорного моста, соеб 5 динекной со вторым концом первичной, 838970обмотки коммутирующего трансформатора, и отрицательным входнымвыводом.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Забродин Ю.С. Узлы .принудительной конденсаторной коммутациитиристоров. М., фЭнергия, 1974.2. Авторское свидетельство СССР9 572884 кл, Н 02 М 7/515 .1975,3, Авторское свидетельство СССРпо заявке 9 2766429,кл,Н 02 М 7/515,17.05.79,4. Аязян Р.Э;, и др. Об ограничении переключаемой мощности в р-п-р-п-.структурах. включаемых импульсом тока управления. Физика и тех.ника полупроводников, 1971, Р 1, том. 5, с, 141-143.5, Булатов О.Г. Одынь С.В. Двух- операционные тиристоры с комбинированной коммутацией в режиме больших анодных токов. Электрическая промышленность, Серия фПреобраэовательная техника, Информэлектро, 1972, вып, 7/78, с.3-5.838970 Составитель И. ЖеребинаРедактор М. Хома Техред Ж,Кастелевич Корректор Г. Решетник аз 4469/8 Патентф филиал П ород, ул, Проектная,Тираж 730 ВНИИПИ Государственног по делам изобретени 113035, Москва, Ж, Рауш