Последовательный инвертор

(51)5 Н 02 М 7/515 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ О ИЭОБРЕТЕНИДЕТЕЛЬСТВ У Сибгатулин,ейкин А.Б(56) 1. Авторское свидетельство СССР В 982511, кл. Н 02 М 7/55, 978.Авторское свидетельство СССР11016, кл, Н 02 М 7/515, 1980, . Авторское свидетельство СССР В 1098495, кл. Н 02 М .7/55, 1982. (54)(57) ПОСЗЖДОВАТЕЛЬНЫИ ИНВЕРТОР, содержащий первую и вторую ячейки, каждая из которых подключена к одному соответствующему выводу источника питания непосредственно, а к другому - через встречный диод и состоит из последовательно соединенных первого дросселя и тиристора, зашунтированных конденсатором, причем точки соединения ячеек со встречными диодами соединены между собой через группу параллельных ветвей, состоящих, каждая, иэ последовательно со единенных второго дроссеЛя, подклю 2 В 10 3.,801282797 ченного к первой ячейке, и зашунтированных вспомогательным тиристором, второго диода и первичной обмотки трансформатора, дополнительные цепочки, состоящие каждая иэпоследовательно соединенных диода и первичной обмотки другого трансформатора, зашунтированных тиристором, многофазный выпрямительный мост, подключен. ный встречно к выводам нсточника питания, причем его выводы переменного тока соединены с выходными выводами инвертора, а каждое плечо состоит из последовательно соединенных диода и1вторичной обмотки одного из укаэанных трансформаторов, эашунтированных конденсатором, а также блок широтно-импульсного управления тнристорами,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения эа счет уменьшения числа параллельных ветвей при одновременном увеличении мощности, последовательно с каждой иэ параллельных ветвей включена укаэанная соответствующая дополнительная цепочка.Изобретение касается преобразования постоянного тока в переменный регулируемой частоты и амплитуды с различным числом фаэ с помощью тиристорных инверторов с последовательной 5 . коммутацией и может быть использовано для регулирования скорости электродвигателей переменного тока и для систем электропитания с частотой и количеством фаз, отличным от промышЮ ленной сети,Известен последовательный инвер-.тор . 12, содержащий четыре ЬС-конту"ра с тиристорами, связанные черездиоды с источником питания, и четыреключевых элемента в цепи нагрузки,Недостатками этого инвертора являются сложность устройства и невозможность регулирования выходного напряжения, кроме того, нагрузка инвертора должна быть индуктивного характера,Известен также последовательныйинвертор2 3, содержащий первую ивторую ячейки, в каждой из которых ксоответствующей шине питания под"клгочен конденсатор, параллельно которому включены последовательно соединенные первая катушка индуктив- ЗОности и тиристор, к которому подключены два разнополярно включенных диода - первый диод, включенный встречно с тиристором, соединен с другойшиной питания непосредственно, второй диод включен согласно с тиристором и последовательно со второй катушкой индуктивности - трансформатори блок широтно-импульсного управления тиристорами. Инвертор устойчивво всем диапазоне изменения сопротивления нагрузки от бесконечностидо нулевого значения; выходной параметр регулируется широтно-импульснымметодом. 45Недостатки, этого инвертора - невозможность получения переменногонапряжения (тока) с частотой, ниже,чем собственная частота инвертирования; неблагоприятные габаритно-весовые показатели при исполнении нанизкие рабочае частоты,Наиболее близким к изобретениюявляется последовательный инвертор 33,который содержит первую и вторуюячейки, группу параллельных ветвей,многофазный выпрямительный мост иблок широтно-импульсного управлениятирнсторами; каждая ячейка состоит,иэ конденсатора, подключенного к соответствующей шине питания, параллельно которому включены соединенные последовательно первый дроссельи тиристор, и через диод, включенныйвстречно с тиристором, соединена спротивоположной шиной питания, а между собой ячейки соединены через группу параллельных ветвей, состоящих,каждая, из последовательно соединенныг второго дросселя и зашунтированных тиристором второго диода и первичной обмотки трансформатора, многофазный выпрмительный мост подключен выходом встречно к шинам источ-ника питания инвертора, последовательно с каждым диодом моста включена вторичная обмотка одного из трансформаторов, к каждому диоду мостаи вторичной обмотке трансформаторапараллельно подключен конденсатор, авходные зажимы моста подключены к выходным зажимам инвертора,Данный инвертор позволяет получитьна его вьгходе переменное напряжениерегулируемой частоты и амплитуды сразличным числом фаз.Недостатком указанного инвертораявляются сравнительно небольшая выходная мощности и сложность конструкции, связанные с наличием большого числа параллельных ветвей разрядного контура, в каждой из которых .протекает лишь малая часть разрядного тока инвертора,Цель изобретения - упрощение эасчет уменьшения числа параллельныхветвей при одновременном увеличениимощности,Цель достигается тем, что в после"довательном инверторе, содержащемпервую и вторую ячейки, каждая из которых подключена к одному соответствующему выходу источника питания непосредствецно, а к другому - черезобратный диод и состоит иэ последовательно соединенных первого дросселяи тиристора, зашунтированных конденсатором, причем точки соединения яче"ек с обратными диодами соединены между собой через группу параллельныхветвей, состоящих, каждая, иэ последовательно соединенных второго дросселя, подключенного к первой ячейке,и эашунтированных вспомогательнымтиристором второго диоца и первичнойобмотки трансформатора, дополнительные цепочки, состоящие, каждая, иэпоследовательно соединенных диода и первичной обмотки другого трансформатора, зашунтированных тиристором,многофазный выпрямительный иост, подключенный встречно к выводам источни ка питания, причем его выводы переменного тока соединены с выходными выводами, а каждое плечо состоит из последовательно соединенных диода и вторичной . обмотки одного из укаэанных трансформаторов, зашунтированных конденсатором, а также блок широтно- импульсного управления тиристорами, последовательно с каждой из параллельных ветвей включена указанная со 15 ответствующая дополнительная цепочка.Таким образом, благодаря тому, . что в каждой параллельной ветви первичные обмотки трансформаторов совместно со вторыми диодами и тиристорами соединены попарно-последовательно, и один зажим каждой ветви подключен ко второй катушке индуктивности,соединенной с первичной ячейкой, а второй зажим каждой ветви - ко второй ячейке, ток в каждой параллельной ветви и соответственно в каждой первичной обмотке трансформатора увеличивается вдвое, что приводит к увеличению выходной мощности устройства вдвое, при этом устройство значительно упрощается, так как число параллельных ветвей уменьшилось вдвое,На фиг. 1 изображена схема трехфазного последовательного инвертора; на фиг. 2 - схема однофазного последовательного инвертора;на фиг, Э а, б, в, г, д, е - диаграммы напряжений и токов в различных точках схемы ин вертора; на Фиг. 4 а, б, в - диаграммы токови напряжений Ц в различных точках схемы многофазного выпрямительного моста.Последовательный инвертор содер жит ячейки 1 и 2, каждая из которых/ состоит из конденсатора 3, подключенного соответственно к положительному 4 и отрицательному 5 выводам источника питания, параллельно которому включены соединенные последова 50 тельно первый дроссель 6 и тиристор 7ч ,и через встречные диоды 8, 9 соединены с соответствующим выводом источника, между собой ячейки 1 и 2 соединены через три параллельные ветви 10, 11, 12, состоящие, каждая, из последовательно соединенных второго дросселя 13 и эашунтированных вспомогательными тиристорами 14 и 15 вторых диодов 6 и 17 и первичных обмоток 18-22, 23 трансформаторов; многофазный выдрямительный мост 24, подключенных выходом встречно к выводам 4 и 5 источника питания инвертора, каждое плечо моста содержит вторичную обмотку 25, 26, 27, 28, 29 или 30, включенную последовательно с каждым диодом 31, 32, 33, 34, 35 или 36 моста 24, к каждому диоду 31-36 моста и вторичной обмотке 25-30 трансформатора параллельно подключен конденсатор 37, 38, 39, 40, 41 илн 42, а выводы переменного тока 43, 44, 45 моста подключены к выходным выво дам 46, 47, 48 инвертора; и блок 49 широтно-импульсного управления тиристорами 7, 14, 15. Буквами а-ш показано соединение первичных обмоток 18- 23 с цепями параллельных ветвей 10, 11, 12.Инвертор работает следующим образом.Перед пуском инвертора конденсаторы 3 в ячейках 1 и 2 заряжены от источника питания до напряжения на его выводах, например, за счет токов утечки диодов 8 и 9 (если эти токи много больше токов утечки тиристоров 7 в ячейках 1 и 2). Конденсаторы 37-42 заряжены до напряжения, равного половине напряжения источника.Напряжения на выходных выводах 46, 47, 48 инвертора равны нулю,В момент времени й, (фиг, З.а,б) импульсами запуска, поступающими из блока 49 управления (фиг. 1) одновременно включаются тиристоры 7 в ячейках 1 и 2 и происходит перезаряд конденсаторов 3 через тирнсторы 7 и дроссели 6. Колебательные контуры, образованные указанными конденсаторами 3 и дросселями 6, имеют высокую добротность и собственную частоту, в несколько раз большую рабочей час-, тоты инвертора, поэтому к концу первого полупериода перезаряда (момент времени Т на фиг, За) конденсаторы 3 оказываются заряжены до первоначальной величины напряжения, но противоположного знака, За отрезок времени с, С - й, в контурах инвертора (фиг. 1) протекает импульс тока синусоидальной формы, показанной на фиг, 3 в, г, В момент времени (фиг. За) ток в контурах спадает до нуля, тиристоры 7 (фиг. 1) выключают 1282797ся, и начинается обратный перезаряд конденсаторов 3 по цепи источник пи,тания, конденсатор 3 ячейки 1, паралич лельные ветви 1 О, 11, 12 (вторые дроссели 3, диоды 16 и 17, первич ные обмотки 9-24 трансформаторов, конденсатор 3 ячейки 2 - синуспидальным импульсом тока (фиг. 3 г, д) длительностью 7с - с (фиг, За) причем в зависимости от текущей фазы выходного напряжения инвертора один из тиристоров 14 или 15 (фиг, 1) .в каждой параллельной ветви 10,. 11, 12 включаются импульсами поступающими из блока 49 управления в момент времени еп (фиг. За), шунтируя соответствующие иэ первичных обмоток 18-23 трансформаторов Импульсы включения на оставшиеся невключенными тиристоры 15 или 14 параллельных ветвей 1 О, 11, 12 вццаются блоком 49 управления с задержкой относительно момента вре- мейи 1 и (фиг, За) в момент времени(фиг, Зе); при этом указанные тиристоры 15 или 14 шунтируют соответ 25 ствующие из первичных обмоток 18-23 трансформаторов, так что ток в по. следних протекает только в течение промежутка времени(фиг. Зе). Изменением длительности г от 7 = 0 до=осуществляется широтно-импульсное регулирование токов в первичных обмотках 18-23 (Фиг. ) и соответстьенно.во вторичных обмотках 25-30 трансформато ров. Поскольку тиристоры 14 и 15 управляются независимо друг от друга, изменением длительности Т про текания тока в обмотках отдельных трансформаторов вызывается разбаланс изпряжений на конденсаторах 34- 42, Например, если в вети 9 тиристор 14, а в ветви 10 тиристор 5 будут включены раньше соответствующих тиристоров 15 и 14, то в первичных обмотках 9 .и 22 ток будет отсутствовать, и напряжение на конденсаторах 38 и 39 увеличится, а на кон денсаторах З и 40 - уменьшится. При этом между выходными выводами 46, 47 и 48 инвертора появляются напряжения, величину и закон изменения которых можно регулировать измене нием момента включения каждого иэ тиристоров 4 и 15 отдельно. В момент времени Т(фиг. З.а) напряжение на конденсаторах 3 (фиг,1) и на тиристорах 7 становится равным нулю. В течение промежутка времени(Фиг, Зб) к тиристорам 7 приложено обратное напряжение, это - время, представляемое для восстановления запирающих свойств тиристоров 7, Затем конденсаторы 3 начинают заряжаться напряжением первоначальной полярности. К моменту, когда напряжение на конденсаторах 3 достигает величины напряжения источника питания, во вторых дросселях 13, входящих в параллельные ветви 10, 11, 12, еще имеется некотораяизбыточная реактивная энергия, которая возвращается в источник питания по цепи дроссели 13, тиристоры 14 или 15 (либо диоды 16 или 17 и первичные обмотки 8-23 трансформаторов) диоды 8 и 9. В момент времени й (фиг. За) токи в цепях инвертора прекращаются и схема возвращается в исходное состояние.На фиг. 4 а, б в представлены диаграммы токов во вторичных обмотках 25 и 28, находящихся в накрест лежащих плечах моста 18, и выходное напряжение (фиг, 4 в) - между двумя иэ выходных зажимов 46 н 47 инвертора.Работа однофазного инвертора (фиг. 2) происходит аналогично описанному вьппе. Его схема отличается только наличием всего двух трансформаторов, имеющих по одной первичной обмотке 19, 21 и по две вторичные 25, 26 или 27, 28, включенные в противолежащие плечи выпрямительного моста 24.При большом отношении частоты инвертирования и выходной частоты устройства (как правило это отношение составляет примерно 2 порядка) ин/вертор позволяет получить выходное синусоидальное напряжение с достаточно малыми пульсациями с частотой инвертирования на выходе Инвертор имеет высокую надежность и долговечность; коэффициент мощности со стороны питающей сети равен 1, К 1 Щ равен 0,9 (при мощности инвертора 55 кВт). Инвертор прост по устройству и в эксплуатации и представляетвозможность раздельного регулирования частоты напряжения, фазовогосдвига напряжений отдельных Фаэ и порядка следования фаз.Тираа Подписноеосударственного комитета СССРам изобретений и открытийква, Ж, Раущская наб., д, 4/5