Автономный инвертор напряжения

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 080580 (21) 2919985/24-07 (5 М Союз Соаетсннк Соцналнстнческнк Республнк(23) Приоритет Н 02 И 7/515 Государственный комитет СССР ио дедам изобретений и открытийО.Г.Булатов, С.В.Одынь и В ВеШилов :,. Московский ориена Ленина енергетннсскйй:.инстигут / гк(54) АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР НАПРЯЖЕНИЯ Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для 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 1,11 и21.В подобных схемах увеличение фазности нагрузки приводит к увеличению количества коммутирующих конденсаторов и дросселей, снижению надежности и росту массогабаритных по.казателей устройства. Уменьшить количество коммутирующих реактивных. элемен" тов можно за счет применения в инверторах узлов общей и групповой коммутации 2 )Но при работе инвертора с такими узлами на активно-индуктивную нагрузку созначительным коэффициентом мощности в выходном напряжении инвертора появляются искажения, ухудшающие его гармонический состав,Поэтому при большой глубине регулирования для обеспечения удовлетворителвного гармонического состава необходимо применить узлы пофазной коммутации тиристоров инвертора 1 3 ). Из известных схем, обеспечивающихпофазную коммутацию, наиболее близкойпо технической сущности являетсясхема трехфазного автономного инвертора, содержащего подключенный ковходным выводам мост основных тиристоров, шунтированных обратными диодами, общая точка которых связаначерез вторичные обмотки коммутирующего трансформатора с одними электродамн двухоперационных тиристоров,объединенных другими своими электродами в анодную н катодную группы,однофазный коммутирующий тиристор ный мост, у которого тиристоры анодной группы зашунтированы цепочками,состоящими из первичных обмоток коммутирующего трансформатора, включенных последовательно с обратными дио дами, а в диагональ переменного токавключена коммутирующая С-цепочка.Потенциальная развязка коммутирующейцепочки от основных тиристоров спомощью импульсного трансформатораи двухоперационных тиристоров в данном инверторе позволяет при минимальном количестве громоздких реактивныхкоммутирующих элементов обеспечитьпофазную коммутацию основных тиристо ров, при которой достигается хорошийгармонический состав кривой выходного напряжения, кроме тоговозможнорегулирование напряжения, на коммутирующем конденсаторе без введенияспециального регулируемого источникапитания. Такое регулирование позволяет изменять 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 одвигателя ( 4),Однако н этом устройстве недостаточно эффективное использование коммутирующего трансформатора, котороеприводит к ограничению уровня коммутируемых токов нагрузкиЦель изобретения - расширение функциональных возможностей за счетувеличения уровня коммутируемых токовнагрузки. 20Поставленная цель достигается тем,что в автономный инвертор напряжения,содержащий подключенные ко входным выводам трехфазный мост основных тиристоров, шунтированных обратными диодами, трехфазный мост двухоперационныхтиристоров, между тиристорами каждойфазы которого включены две вторичныхобмотки коммутирующего трансформатора, соединенные общей точкой с выходными выводами и выводами переменного ЗОтока моста основных тиристоров, иоднофазный коммутирующий тиристорныймост, с коммутирующей С-цепочкой вдиагонали переменного тэка, тиристорыанодной группы которого эашунтированы обратными диодами, межцу анодамитиристоров анодной группы однофазногомоста согласно между собой включеныдве первичные обмотки упомянутогокоммутирующего трансформатора, точ Ока соединения которых подключена кположительному входному выводу источника питания иннертора,На Фиг.1 представлена принципиальная схема автономного инвертора напряжения в трехфазном мостовом варианте исполнения, на фиг.2 - временныедиаграммы, поясняющие работу устройства на интервале коМмутации.Устройство содержит трехфазный ин-вертор с основными тиристорами 1-6,шунтированными обратными диодами7-12, и последовательным соединениемвторичных обмоток 13-18 коммутирующего,импульсного трансформатора 19 сдвухоперациойными тиристорами 20-25.Трйхфазный иннертор работает на трехФазную нагрузку 26 и содержит однофазный мост из тиристоров 27-30,тиристоры 27 и 28 которого шунтированы обратными,циодами 31 и 32. Диаго- Щналь переменного тока содержит коммутирующую цепочку 33 из конденсатора34 и дросселя 35. Для увеличения уроння коммутируемых токов нагрузки между анодами тиристоров 27 и 28 однофаз-у ного моста согласно между собой включены дне первичные обмотки 36 и 37трансформатора 19, точка соединениякоторых подключена к положительномувходному выводу источника питания иннертора.Инвертор работает следующим образом,Пусть в начальный момент времениоткрыты тиристоры 1, 3 и 5, акоммутирующий конденсатор 34 заряжен при положительном потенциале направой обкладке. В момент времениначинается процесс коммутации тиристора 1, для запирания которого подают положительные управляющие импульсы на тиристоры 27 и 23. Конденсатор34 начинает перезаряжаться по контуру 34-35-37-36-27-34 (фиг.2 а), ачерез тиристор 1 протекает ток(фиг.2 в), равный разности тока нагрузки фазы АА и тока указанного колебательного контура, приведенного через коэффициент трансформациико вторичной обмотке 13 трансформатора 19 (ток 4 на фиг.2 б). После момента времени с 2 токстановится повеличине больше тока А и ток равный их разности переходит в диод 7,а тиристор 1 оказывается под обратным анодным напряжением и восстанавливает непроводящие свойства. На интервале вРемени с -с 9 ток 34 возрастает до максимума и начинает спадать. В момент с до того как токГ /34 спадает до величины тока 1 А, подают отпирающий импульс управления натиристор 30 и запирающий отрицательный импульс тока управления на двухоперационный тиристор 20. При отпирании тиристора 30 обмотка 37 черезэтот тиристор и диод 32, проводящийнекоторое время в обратном направлении, подключается к источнику питания инвертора и на обмотке 13 возникает импульс напряжения с амплитудойЕд К, где Кр- коэФфициент трансформации, равнйй отношению числа витков обмотки 13 к числу витков первичной обмотки 37. Если коэффициенттрансформации К )1, то тиристор 20оказывается под обратным анодным напряжением величиной О =бд(К -1), которое совместно с импульсом отрицательного тока управления приводит ккомбинированному выключению двухоперационного тиристора 20.По существу эквивалентная схема,приведенная к обмотке 13 трансформатора 19 на этапе выключения тиристора20 (интервал- г), представляетсобой последовательную цепочку, состоящую из источника питающего напряжения Е, источника импульсного напряжения Е, К направленного встречнопервому источнику, и превышающегоего по величине, проводящих в прямомнаправлении тиристора 30 и диода 10,по которому начинает протекать ток1 А, и проводящих на интервале -й 4 ,в обратном направлении тиристора 20 и диода 32; причем диод 32 выбирают таким, чтобы время жизни неосновных носителей в его базе (это время определяет величину и скорость спада 5 накопленного в базе диода 32 избыточного заряда Юз) было больше врЕмени жизни неосновных носителей в и-базе тиристора 20.Поэтому тиристор 20 первым в момент с 4 восстанавливает не- р проводящие свойства в обратном нап- равлении (фиг.2 е ) и именно к нему в данный момент времени прикладывает-. ся практически все напряжение Е(1 С -,1) в обратном направлении (Фиг.2 а), .так как диод 32 в момент с 4 еще имеет 15 существенно меньшее, чем у тиристора 20, сопротивление в обратном направлении из-за оставшегося в нем избыточного заряда. Таким образом, импульс обратного анодного напряжения сохра няется на тиристоре 20 до момента когда заканчивается процесс снижения до равновесного значения заряда неосновных носителей в базе диода 32, накопленного во время протекания через этот диод прямого анодного тока (интервал с-сЗна фиг.2 г). В момент с сопротивление диода 32 в обратном направлении резко увеличивается и на обмотке 13 перестает наводиться напряжение Ед К , что приводит к появлению на тирйсторе 20 прямого напряжения Е(фиг,2 ж)Поскольку при комбинированном выключении двухоперационного тиристора необходимая для его запирания длительность импульса обратного анод- ного напряжения как правило не превышает 2-3 мкс, такую малую длительность вполне можно обеспечить, выбрав диод с временем жизни неосновных но сителей в базе порядка 10 мкс. Одновременно с процессом выключения тиристора 20 при отпирании тиристора 30 начинается процесс дозаряда конденсатора 34 по контуру 34-35-30 источ ник питания инвертора 36-27-34. Наличие источника напряжения в данном контуре позволяет восполнить потери энергии в кОммутирующей 1.С-цепочке, имеющие место на интервале време О ни 4-й.В момент й ток 14=0, и тиристоры 27 и 30 выключаются, после, чего в принципе возможна коммутация очередного основного тиристора инвертора.55В следующий коммутационный такт сначала осуществляют отпирание тиристора 28 и двухоперационного тиристора, шунтирующего очередной запирае.мый основной тиристор инвертора, а Я затем, спустя время задержки 1 з=й-с, осуществляют отпирание тиристора 29 и подачу импульса отрицательного тока управления на двухоперационный тиристор, который запирается комби- у 5 нированным способом, как запирался двухоперационный тиристор 20 на предыдущем коммутационном такте.Регулирование времени с позволяет (как и в известном устройстве) производить регулирование напряжения на конденсаторе 34, а значит и амплитуды тока в коммутирующей цепочке 33, что обеспечивает минимальные коммутационные потери при работе инвертора на изменяемую по величине нагруз" 1 ку.Кратковременное воздействие импульса обратного анодного напряжения на интервале выключения двухоперационного тиристора позволяет придать процессу выключения одномерный характер.В предлагаемом устройстве включение первичных обмоток указаниым образом позволяет эффективнее использовать коммутирующий трансформатор. Это объясняется тем, что на интервале коммутации основного тиристора 1, когда коммутирующий трансформатор работает с практически короткозамкнутой вторичной обмоткой(если нв учитывать сопротивления проводящихвентилей 20, 1 или 7), его первичнаяцепь состоит из двух последовательно соединенных первичных обмоток Зб и 37, что позволяет благодарядвухкратному увеличению коэффициента трансформации трансформатора 19 повысить вдвое амплйтуду квазисинусоидального тока 134 во вторичнойеобмотке по сравнению с известным устройством прототипом при прочих равных условиях (т.е. при неизмененных амплитуде тока 14 в (.С-цепочке и амплитуде обратного анодного напряжения на тиристорах 20-25, запираемых комбинированным способом). Это обеспечивает двукратное увеличение коммутируемых основными тиристорами 1-6 токов при неизменной длительности приложения к этим тиристорам импульса обратного анодного напряжения (интервал й - на фиг, 2)Формула изобретения Автономный инвертор напряжения,содержащий подключенные ко входнымвыводам трехфазный мост основныхтиристоров, шунтированных обратными диодами, трехфазный мост двухоперационных тиристоров, между тиристорами каждой фазы которого включены две вторичных обмотки коммутирующего трансформатора, соединенные общей точкой с выходными выводами и выводами переменного тока моста основных тиристоров, и однофазный коммутирующий тиристорный мост с коммутирующей 1.С-цепочкой в диагонали перемен 896725ного тока, тиристоры анодной группыкоторого зашунтированы обратнымидиодами, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет увеличения уровня коммутируемых токов нагрузки, между анодами тиристоров анодной группы однофазного моста согласно между собой включены две первичные обмотки коммутируюцего трансформатора, точка соединения которыхподключена к положительному входному выводу. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1.Бедфорд В.,Хофт Р,Теореия автономных инверторов.М"Энергия",1969,2. Забродин Ю.С. Узлы принудительной конденсаторной коммутации тиристоров. М., "Энергия", 1974.3. Забродин Ю.С. Автономные тиристорные инверторы с широтно-импульснымрегулированием. М., "Энергия", 1977.4, Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2766429/07,кл, Н 02 М 7/515,1979.896725 Составитель И.Жеребинаактор И,Ковальчук Техред А.Ач Корректор М Кост ное к и иал ППП "Патент", г,ужгород, ул.Проектная,4 1721/42 Тираж ВНИИПИ Государственно по делам изобретени 113035, Москва, Ж, 718о комит и открРаушска Па СССРийнаб д