Тиристорный инвертор

О П И С А Н И Е1851702ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспубликпп денем изобретений н нткритнйДата опубликования описания 30. 07.81 П. Д, Андриенко, В. Н. Сухарев, Ю. И 1 Грияина,: .В. Г. Мамонтов и В, Г, Теренник;т(54) ТИРИСТОРНЫЙ ИНВЕРТОР Изобретение относится к электротехнике, в частности дпя преобразования частоты питающей сети, и может быть использовано в регупируемых эпектроприводах переменного тока.5Известен инвертор, используемый в схеме преобразователя частоты, содержа- . щий коммутирующие трансформаторы с рабочими и дополнительными обмотками, основные тиристоры и мост обратных диодов,.;, коммутирующие конденсаторы, при атом рабочие обмотки коммутирующего транс форматора включены последовательно с основными тиристорвми, дополнительные обмотки коммутирующего трансформатора включены последовательно с тиристорвми и встречно-последовательно с рабочими обмотками 1 .Недостатки известного устройства заключаются в том,что оно имеет больщиега- эз бариты трансформатора, так как его рабочие обмотки обтекаются током нагрузки, а это вызывает увепичение объема меди трансформатора; кроме того, необходимы допопнитепьные обмотки дпя размагничивания сердечника коммутирующего трансформатора, работа в широком диапазоне изменения напряжения источника постоянного напряжения невозможна, и напряжение на коммутирующих конденсаторах зависит от напряжения этого источника.Известен также инвертор, используемый в схеме преобразователя частоты, содержащий последовательно соединенные тиристоры и включенную между ними индуктивность с отводом от средней точки, подключенную пврвппепьно источнику постоянного тока, при этом параллельно каждому тиристору и половине индуктивность вкпючены коммутирующие конденсаторы и диоды обратного тока 1,2.Недостатком этого устройства является то, что обмотки коммутирующей индук тивности включены поспедоввтеньно с ти ристорами, через которые проходит ток нагрузки, это ведет к увеличению объема меди в коммутирующей индуктивности, При таком включении дросселя его магнитопровод перемагничивается почастной петле гистерезиса, что ведет к увеличению объема стали сердечника. Кроме того, существенным недостатком схемы является невозможность работы в широком диапа- . зоне изменений питающего напряжения и зависимость электромагнитных процессов в коммутирующем контуре от параметров нагрузки.Наиболее близким к предлагаемому является инвертор, соаержащий стойки ключей, причем каждый из ключей состоит иэ последовательно включенных раздепитеньного диода, тиристора и коммутирующего дроссепя. Параллельно каждому тиристору и ароссепю включен коммутирующий конденсатор, а аноды обратного тока включены встречно-параппепьно каждому плечу, Вспомогательный источник постоянного тока включен паранлельно коммутирующим конденсаторам, соединенным между собой,последовательно 31.Неаостатком известного устройства является то, что коммутирующие дросселя включены последовательно с тиристорами, через которые прохоаит ток нагрузки, что ведет к увеличению объема меди обмоток дросселя. Сераечник дросселя перемагничивается по частной петле гистерезиса, что ведет к необходимости увеличения объема стали сердечника. Увеличение объема меди обмоток и объема стали сердечника дросселя ведет к увеличению его массы и габаритов.В момент коммутации после спада то ка до нуя в запираемом тирнсторе напряжение коммутирующего конденсатора включено через нагрузку встречно основному источнику питания. Ток: коммутации, проходя через нагрузку, вызывает в ней щаопнитенйные потери, в случае если нагрузкой служит двигатель, Поскольку оммутирующий конденсатор перезаряжается практически постоянным значением реактивного тока нагрузки, существует зависимость длительности провалов в выходном напряжении от величины тока нагрузки. Большие по дпитепьности прованы в выходном напряжении будут при маных тжах нагрузки. При работе инвертора без подключения нагрузки коммутирующая емкость может разрядиться только при выделении запасенной в ней анергии на активных сопротивлениях схемы преобразователя частоты. Беиь изобретения - улучшение массогабаритных и энергетических показателейинвертора н расширение его частотныхвоэможностей,Поставленная цель достигается тем,что тиристорный инвертор, содержащий объединенные выводами переменного тока мост анодов обратного тока и тиристорный мост, каждый ключ которого выпопнен в виде последовательно соединенныхразделительного диода и тиристора, ком 10,мутирующие конденсаторы, числом равныечислу ключей, одни обкладки каждого изкоторых подключены к точкам соединенияразделитеьных диодов н тиристоров соответствующих ключей, дополнительные ис 15 25 30 35 40 45 50 55 точники постоянного напряжения, каждыйиз которых через импеданс включен между точками соединения раздепитепьныхдиодов и тиристоров соответствующей пары ключей, обрвзующих 1 стойку, а такжекоммутирующие дроссени, средние точкиобмоток каждого иэ которых подключены к соответствующим выводам переменноготока тиристорного моста, снабжен коммутируюшими диодами, подключенными параллельно обкладкам коммутирующих конденсаторов, а другие обкладки коммутирующих конденсаторов, принадлежащиходной стойке ключей, связаны междусобой через обмотку соответствующегокоммутирующего дросселя,В раной из модификаций инвертор отличается также тем, что концы обмоток,коммутирующих дроссепей подключены к обкладкам коммутирующих конденсаторов через дополнительно введенные элементыинаук тнвности,На фиг, 1 представлена принципиальная схема предлагаемого тнрнсторногопреобразователя частоты; на фит;. 2 - одна фаза с дополнительными нндуктивностями.Преобразователь содержит источник 1постоянного напряжения, подключенный через защунтированный диод 2, дроссепь Эк мосту 4 диодов 5-10 обратного тока,причем точка соединения катодов диодов5-7 обратного тока подключена к плюсуисточника 1 постоянного напряжения, аточка соединения анодов диодов 8-10 обратного тока подключена к минусу источника 1 постоянного напряжения, Мост11, образованный из последовательновключенных разделительных диодов 12-17и тиристоров 18-2 Э подключен.к мосту4 диодов обратного тока, точка соединенияанодов разделительных диодов 15-17 подключена к общей точке соединения диодов5-7 обратного тока, а точка соединения5 8517катодов разделительных диодов 15-17 подкпючена к точке соединения анодов диодов8-10 обратного тока. Коммутирующие. кон-денсаторы 24-29 одним выводом подключены к точкам соединения разделительныхдиодов 12-16 и тиристоров 18-23, Другие выводы коммутирующих конденсаторовподключены через обмотки коммутирующихдроссепей 30-32 х входным зажимам моста 11,1 ЧКоммутирующие конденсаторы защунтированы коммутирующими диодами 33-38,допопнитепьные источники 39-41 постоянного напряжения своими положительнымивыводами подключены через импедансы 1542-44 к точкам соединения разделительных диодов 12-14 и тиристоров 18-20,отрицательный вывод дополнительных источников 39-41 постоянного напряженияподключен к точкам соединения тиристоров 2021-23 и разделительных диодов 15 17,Устройство работает следующим образом.Пусть в какой-то момент времени включены тиристоры 18, 19 и 23, ток от пофпожитепьного вывода источника постоянного напряжения протекает через разделительные аноды 12, 13 и 17, тиристоры 18, 19 и 23 и фазы нагрузки на отрицательный вывод источника 1 постоянно-ЗОго напряжения, При этом коммутирующиеконаенсаторы 262 27 и 28 заряженынапряжением полярностью, указанной нафиг, 1.При включении тиристора 21 коммути рующий конденсатор разряжается по цейи:коммутирующий конденсатор 27 - обмотка коммутирующего дросселя 30 - тиристор 21 - коммутирующий конденсатор 27.При разряцке коммутирующего конаенсато 40ра 27 в другой обмотке коммутирующегоцросселя 30 наводится ток, который направпей навстречу току нагрузки черезтиристор 18. Ток в другой обмотке ком, мутирующего трансформатора замыкается45Ъю следующей цепи: обмотка коммутирующего дросселя дО - тиристор 18коммутирующий конденсатор 24. При этомпроисхоаит выкпючение тиристора 18 изаряд коммутирующего конденсатора 24.В момент равенства тока нагрузки и токаразряда коммутирукнщего конденсатора через тиристор 18 происхоаит его запирание. После запирания тиристора 18 токвторой попуобмотки дросселя 30 замыкается по следующей пепи: вторая ноцуоб 1 мотка коммутирующего дросселя 30 диод 5 обратного тока - разцепитепьныйг 02 Сдиод 12 - коммутирующий конденсатор 24 - вторая попуобмотка коммутирующего дросселя 30. При этом происходит дапьнейший заряд коммутирующего конаенсатора 24, а к тирнстору 18 прикладывается обратное напряжение, поа действием которого происходит восстановление его запирающих свойств,При этом по диоду 5 протекает разностный ток; ток нагрузки и ток разряда коммутирующего конденсатора 27, Ток разряда коммутирующего конденсатора носит копебатепьный характер. В момент равенства токов тока нагрузки и тока разряда коммутирующего конденсатора 27 происходит. запирание диода 5 и коммутирующий конденсатор 24 начинает аозаряжаться по цепи: допоинитепьный источник 39 постоянного напряжения - импеаанс 42- коммутирующий конценсатор 24 - обмотка коммутирующего дросселя 30 - тиристор 21 - дополнительный источник 39 постоянного напряжения, Поспе заряда коммутирующего конденсатора 24 до напряжения дополнительного источника и разряда коммутирующего конденсатора 27 ао нуля происходит отпирание коммутирующего диода 36 и энергия, запасенная в индуктивности Ь будет трансформирована ком 1мутирующему конденсатору 24. После этого процесс коммутации заканчивается и схема готова к коммутации тока в другой попуфазе. Работа других фаз происхоаит аналогично.При недостаточности индуктивности 1.и 1, рассеяния коммутирующего ароссепя последовательно с каждой обмоткой ковммутирующего трансформатора вкнючается дополнительная индуктивность Ь(фиг, 2,Предлагаемое устройство позволяет уменьшить массу и габариты эпектромагнитных устройств, применяемых в преобгразоватепе частоты, улучшить энергетические показатели, обеспечивает независимость процессов коммутации от параметров нагрузки, и за счет этого расширяются частотные возможности.Уменьшение массы и габаритов электромагнитных устройств достигается за счет того, что обмотки коммутирующих трансформаторов включены последователь но с коммутирующими конденсаторами, Такое вкпючение обмоток коммутирующих дроссепей поэвопяет исключить протекание через низ тока. нагрузки, ведет к сниже нню сечения провода обмоток трансформатора, а это в свою очередь снижает массу и габариты коммутиру сщего трансформатора, Это позволяет более полно испопьзоввть мвгнитопровоц коммутирующего., цроссеця, так как его сердечник работаетдо полной петли гистерезисв, что в своюочеоеаь приводит к уменьшению его мас- .сы и габаритов,Улучшение энергетических показателейдостигается эа счет введения коммутирующих диодов, поцкпюченных паралпепьно,коммутирующим конденсаторам, и вкпюче Овием обмоток коммутирующего дроссепяпоспеаоввтепьно с коммутирующими кончденсаторами. Это позволяет полностью испопьзовать энергию, запасенную в коммутирующем конденсаторе, так как при коммутации тиристорв происходит его выкпючение и одновременно заряд другого коммутирующего конденсатора. В резупьтатеуменьшаются потери в эпементах схемыи оказывается возможным снизить их установпенную мощность.Независимость процессов коммутацииот параметров нагрузки достигается звсчет введения коммутирующих аиоцов иподкпючения их пвраппепьно коммутирующим конденсаторам, вкпючением обмотоккоммутирующих дроссепей поспецоватепьно с коммутирующими конденсаторами.Вкпючение обмоток цроссепей поспедоватепьно с коммутирующими конденсаторами 30позволяет искпючить протекание тока нагрузки через коммутирующий контур, этимсамым искпючается влияние параметровнагрузки на процессы коммутации тиристоров, что позвопяет исключить провапы дв выходном напряжении преобрвзоватедячастоты и уменьшить потери от высшихгармоник в нагрузке (например, при работе на двигатель переменного тока),40Формупа изобретения1, Тиристорный иивертор, содержащий обьециненные выводами переменного токамост диодов обратного тока и тиристорный мост, кажный ключ которого выпопнен в вице поспецоватепьно соединенных раэдепитепьного диода и тиристора, коммутирующие конденсаторы, чиспом равные чиспу кпючей, оцни обкладки каждого из которых подключены к точкам соединения разцепитепьных диодов и тиристоров соответствующих ключей, цопопнитепьные источники постоянного напряжения, каждый из которых через импедвнс вкпючен между точками соединения раэдепитеньных циоаов и тиристоров соответствующей пары кпючей, образующих стойку, а также коммутирующие дроссепи, срецние точки обмоток кажцого из которых подкпючены к соответствующим вывоцам переменного тока тиристорного моста, о т п.и ч в ющ и й с я тем, что, с цепью улучшения массо-габаритных показателей и рвсшире- , ния частотных воэможностей, он снабжен коммутирующими диодами, подключенными парвплепьно обкладквм коммутирующих конденсаторов, а другие обкпвцки коммутирующих конденсаторов, принадлежащих одной стойке ключей, связаны между собой через обмотку соответствующего коммутирующего ароссепя.2, Инвертор по и. 1, о т и и ч а ю - щ и й с я тем, что концы обмоток коммутирующих ароссепей подкпючены к обкладкам коммутирующих конденсаторов через допопнитепьно введенные элементы индук тивности.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Авторское свидетельство СССР235173, кц. Н 02 М 7/48, 1969. 2. Патент США 1 Ф 3278827,кп. 321-44, 1966. 3, Патент США3355654,кл, 321-44, 1967.881702Фю 6386/8 ниипиЗМЖщщад ППП Й 6 ТЮНТР УЖГОРОД УЛ ПРОЕЖ 20