Автономный инвертор напряжения

Сов э СоветсиниСоциалистическиеРеспублик АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 1) Дополнительное к авт. свнд) Заявлено 17. 04. 80 (21) 29 1214 3/24-07 3 Кл./515 исоеаинениен заявк РкудзретееииыФС 23)Приори и изееретеииетерытий Опубликовано 23. 12. 81. Бюллетень М 4Дата опубликования описания 25. 12 .81 3) УДК 621. .314.572 (088.8)) Заявитель сковский ордена Ленина энергетический инст 54) АВТОНОИНЫЙ ИНВЕРТОР НАПРЯЖЕ 2ерегулируемый и Изобретение относится к электро, технике и может быть использованодля любого варианта схемы тиристорного инвертора напряжения с однофаз ной и трехфазной нагрузкой,Известны схемы автономных инверторов напряжения с узлами коммутацииосновных тиристоров, построенные набазе однофазного тиристорного моста,в диагонали которого включена коммутирующая реактивная цепочка 1,1 .Устройствам свойственно значительное накопление Энергии в узле коммутации, проявляющееся в чрезмерной инеконтролируемой раскачке напряженияна коммутирующем .конденсаторе от од 1ного такта коммутации к другому. Вэто же время подавляющее большинство инверторов такого типа. либо вообще не имеет устройства сброса избыточной коммутационной энергии (в этомслучае накопление коммутационнойэнергии уравновешивается резистивными потерями в контуре коммутации),л бо осуществляется нсброс энергии.Известна также схема трехфазного автономного инвертора напряжения, содержащего трехфазный мост основныхристоров, шунтированных обратнымиодами, параллельно каждому из котох подключены через двухоперационные тиристоры вторичные обмотки коммутирующего трансформатора, и однофазный мост коммутирующих тиристоров, в диагональ постоянного тока которого включена первичная обмотка упомянутого трансформатора, а в диагональ переменного тока - параллельно соединенные коммутирующая реактивная цепочка, состоящая из конденсатора и дросселя, и цепочка из двух дозарядных тиристоров, катоды которых образуют общую точку и ею подключены к отрицательному выводу источника пита"ния инвертора 2) .В данной схеме инвертора обеспечивается регулирование сбрасываемой висточник коммутационной энергии,т.е,регулирование начального напряженияна коммутирующем конденсаторе и, соответственно, амплитуды колебательного тока в коммутирующей реактивнойцепочке в зависимости от величинытока нагрузки, что является достоинством устройства, особенно при егоработе на переменную по величине нагрузку, поскольку достигается экономное и регулируемое расходование коммутационной энергии, требуемой для запирания основных тиристоров, и таким путем повышается КПД устройства.Недостатками его является относительная сложность схемы, заключающаяся в наличии большого числа (двенадцати) вспомогательных тиристоров,шесть из которых является сравнительно дорогостоящими и сложными в управлении двухоперационными тиристорами, довольно продолжительная задержка между подачеи отпирающих импульсов ,управления на коммутирующие тиристоры и появлением на запираемом основномтиристоре обратного анодного напряжения, которая снижает надежность работы инвертора, так как за этот интервал времени быстро возврастающий ток нагрузки (например, ток при резком набросе нагрузки или аварийный ток), проходящий через запираемый основной тиристор, может достигнуть значения, при котором произойдет срыв коммутации. Наиболее близким является автономный инвертор, содержащий подключенные ко входным выводам трехфазныемость 1 основных тиристоров и обратныхдиодов, а также однофазный мост коммутирующих тиристоров с коммутирую"1 им конденсатором в диагонали, причем анодная группа моста соединена сположительным входным выводом непосредственно, а катодная - через трицепочки, состоящие, каждая, из распределительного тиристора и первичной обмотки одного из трех коммутирующихтрансформаторов, две вторичные обмотки каждого из которых включены междутиристорами соответствующей фазы исоединены общим выводом с соответствующими выходным выводом и выводомпеременного тока моста обратных диодов, причем обкладки коммутирующегоконденсатора соединены с отрицательным входным выводом через последовательные цепочки, состоящие, каждая 5 10 15 20 25 30 З 5 40 45 50 55 из линейного дросселя и дозарядногот иристора 3Недостатком инвертора являетсяего сложность, заключающаяся в наличии в узле коммутации трех коммутирующих трансформаторов, каждый изкоторых содержит по две вторичныеобмотки и одной первичной, и трехраспределительных тиристоров.Цель изобретения - упрощение конструкции,Поставленная цель достигается тем,что в автономном инверторе напряжения, содержащем связанный со входными выводами трехфазный мост основныхтиристоров, между тиристорами каждойфазы которого включена обмотка индуктивного элемеНта со средним выводом, подключенным к соответствующему выходному выходу, обратные диоды, а также однофазный мостик коммутирующих тиристоров с коммутирующимконденсатором в диагонали, причем1анодная группа моста подключена к положительному входному выводу непосредственно, а катодная - через первичную обмотку коммутирующего трансформатора, а обкладки коммутирующегоконденсатора подключены к стрицательному входному выводу через последовательные цепочки, состоящие каждаяиз линейного дросселя и дозарядноготиристора, в качестве индуктивныхэлементов использованы линейные дроссели, причем каждый тиристор совместно с дополнительным линейным дросселем зашунтирован обратным диодом, авторичная обмотка коммутирующеготрансформатора включена между положительным входным выводом и аноднойгруппой трехфазного моста основныхтиристоров.На фиг, 1 представлена принципиальная схема автономного инверторанапряжения в трехфазном мостовом варианте исполнения; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работуустройства на интервале коммутации.Трехфазный мостовой инвертор сосновными тиристорами 1-6 и обратными диодами 7-12 работает на трехфазную нагрузку 13, подключенную к средним выводам дросселей 111-16, и содержит однофазный мост коммутирующих тиристоров 17-20, В диагональ переменного тока этого моста включена коммутирующая реактивная цепочка 21, состоящая из коммутирующего конденсатора 22, подключенного к отрицательному8926входному выводу через последовательные цепочки из дозарядных тиристоров23 и 24 и линейных дросселей 25 и 26,причем дозарядные тиристоры образуют,своими катодами общую точку, котораясоединена с отрицательными входнымвыводом В диагональ постоянного токамоста включена, первичная обмотка 27коммутирующего трансформатора 28,вторичная обмотка 29 которого под Оключена между положительным входнымвыводом и анодной группой трехфазного моста основных тиристоров.Инвертор работает следующим образом, 15Пусть в начальный момент времениоткрыты тиристоры 1, 3 и 5, а коммутирующий конденсатор 22 заряжен донапряжения Оо при положительном потенциале на правой обкладке,гоВ момент Т начинается процесс коммутации тиристора 1, Для выключениятиристора 1 подают отпирающие импульсы управления на коммутирующие тиристоры 17 и 20. При включении этих 23тиристоров напряжение конденсатора 22прикладывается к первичной обмотке 27 .трансформатора 28, а на вторичнойобмотке 29 практически сразу же в момент 1 (Ьсли не учитывать инерцион- зфные свойства сердечника трансформатора 28 и отпираемых тиристоров 17 и20) наводится напряжение О(й)= Ктфс полярностью, направленнойвстречно по отношению,.к напряжениюисточника питания инвертора Е, причем в начальные моменты коммутацииОЕ, что достигается соответствующим выбором коэффициента трансформации К трансформатора 28. Следовательно, с момента времени й навсе основные тиристоры инвертора подается в обратном направлении внешнее результирующее напряжение (ОЕ). В частности через тиристор 1под действием этого напряжения протекает обратный анодный ток по контуру 1-29-Е -10-1, скорость нараста-ния которого велика, поскольку онаограничена лищь индуктивностями расстояния обмоток 27 и 29 и динамическими характеристиками включения диода 10. После того, как в моментанодный р-и переход тиристора 1 восстанавливает блокирующие свойства,5на тиристоре 1 появляется обратноеанодное напряжение (фиг. 2 в), аобратный анодный ток быстро спадаети практически прекращается к момен 25 6ту 1. Аналогичные процессы протекают и в других фазах инвертора, которые приводят к появлению обратного анодного напряжения на ранее проводивших ток основных тиристорах 3 и 5.Начиная с момента Св фазе А инвертора происходит возрастание тока в контуре 10-14-7-29-Е -10, которыйФимеет квазисинусоидальный характер с периодомТ = 27 где С - значение приведенной ко вторичной обмотке 29 емкости конденсатора 22, а 1 т и- значения индук-. тивностей, соответственно, трансфор-" матора 26 и каждого из дросселей 14- 16, назначение которых на интервале коммутации состоит в равномерном рас" пределении коммутационных токов между тремя фазами инвертора. Совокупность квазисинусоидальных коммутационных токов, трансформируясь в первичную обмотку 27, разряжает конденсатор 22, а по мере снижения напряжения на нем снижается и напряжение О В момент й О = Е 1 и анодное напряжение на основных тиристорах изменяет свою полярность с обратной на прямую.Если в качестве основных в данном инверторе используют однооперационные тиристоры, то описываемые электромагнитные процессы обеспечат в инверторе общий тип коммутации, характеризуемый запиранием всех основных тиристоров на каждом такте коммутации. В данном инверторе можно обеспечить также избирательный тип коммутации основных тиристоров, в том числе и повентильную коммутацию, которая имеет место в противопоставляемом инверторе. В этом случае в качестве основных .нужно использовать комбинированно выключаемые тиристоры.В момент времени с производят отпирание тиристора 24 по цепи управления, и начинается процесс дозаряда конденсатора 22 по контуру 2-26-24- -Е -17-22. Наличие источника над пряжения Е в данном контуре позволяет восполнить потери энергии в конденсаторе 22, имеющие место на интервале времениВ момент С ток в конденсаторе 22 спадает.до нуля, тиристоры 17, 20 и 24 выключаются, после чего на вторичную обмотку 29 перестает поступать напряжение с перезаряженного конден сатора 22. В момент времени7 наосновных тиристорах устанавливаетсянапряжение, равное по величине напряжению источника питания инвертора Е.Таким образом, вследствие гальванической развязки коммутирующего конденсатора 22 от основных тиристороа,1-6 с помощью тр;нсформатора 28 перенапряжекие на основных тиристорахинвертора появляется только на кратковременном (несколько десятков илидаже единиц микросекунд) интервалевремени й -С , что благоприятно скаТзцвается на пределько коммутируемойинвертором мощности, так как известно, что тиристорц достаточно .устойчивы к кратковременным перегрузкампо напряжению, тем более, что апредлагаемом устройстве скорость нарастания прямого напряжения на основных тиристорах ограничена до сравнительно небольаих величин фиг.2 в).Начиная с момента времени й.т возможна очередная коммутация в икверторе. В следующий коммутационный тактсначала осуществляют отпирание тиристоров 18 и 19, а спустя время задержки й= т. 5 - 1 т осуществляют отпирание дозарядного тиристора 23. Регулирование интервала времени ,цпозволяет как производить регулирование начального напряжения на конденсаторе 22, а значит и амплитуды коммутационного тока, что обеспечиваетминимальные коммутационные потери приработе инвертора на изменяющуюся повеличине нагрузку,формула изобретенияАвтономный инвертор напряжения,содержащий связанный со входными вы 892625водами трехфазный мост основных тиристоров, между тиристорами каждойфазы которого включена обмотка индуктивного элемента со средним выводом, з подключенным к соответствующему выходному выводу, обратные диоды, атакже однофазный мост коммутирующихтиристоров с коммутирующим конденсатором .в диагонали, причем акодная 6 группа моста подключена к положительному входному выводу непосредственно,а катодная - через первичную обмоткукоммутирующего трансформатора, а обкладки коммутирующего кондненсатора И подключены к отрицательному входномувыводу через последовательные цепочки, состоящие каждая из линейногодросселя и дозарядного тиристора,о т л и ч а ю щ и.й с я тем, что, 26 с целью упрощения, в качестве индуктивных элементов использованы линейные дроссели, причем каждый тиристорсовместно с дополнительным линейнымдросселем зааунтирован обратным дио дам, а вторичная обмотка коммутирующего трансформатора включена междуположительным входным выводом и анодной группой трехфазного моста основных тиристоров.36Источники информации, принятые во внимание при экспертизеПатент Японии Н 47-12087,кл. 56 с 6, 1971.352, Авторскоесвидетельство СССРЮ 572884, кл. Н 02 И 7/515, 1975.3. Авторское свидетельство СССРпо зявке М 2823356/24-07,кл. Н 02 М 7/515, 199