Автономный инвертор напряжения

(46) 23,04.90. Бюл. й 1 (71) Научно-исследоватеектно-конструкторский и кий институт комплектно скин, пр ехнологи лектропри.Е 5 во ССС515,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОИЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР вода(56) Авторское свидетельство СССРМф 302406, кле Н 02 М 7/515 ф 01 ф 02Авторское свидетельство СССРР 1317588 ф кл. Н 02 М 7/515 ф03,01.86.Авторское свидетельство СССРР 1336170, кл. Н 02 М 7/515,06.01.86.Авторское свидетельст Рй 1293807, кл. Н 02 и 7/05. 10.85.154) Автонаинцй инвкРтоР ндпРяжкния(57) Изобретение относится к преобразовательной технике. Цель - улучшение энергетических показателей путем канализации избыточной энергии комму" тации в нагрузку и снижение коммутационных напряжений. Инвертор содержит источник питанияи мост на тиристорах (Т) 40-45. К Т 40-45 подключен мост распределительных т 46-51 соединенный через коммутирующие диоды 28-29 с обмоткой 32 коммутирующе" го тр-ра и коммутирующим конденсатором 27. Конденсатор 27 соединен с зарядными Т 23-26 и коммутирующими Т 19, 20. Реакторы 21, 22 магнитосвязаны. В устройстве отсутствует накопление энергии на коммутирующем конденсаторе, а его напряжение ограничивается на уровне, незначительно превышающем входное напряжение источни- ( ка 11 з.п. Ф-лы, 3 ил.Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в тиристорных преобразователях1 астности в авгономных инверторах напряжения электровозов переменного тока с асинхронными тяговыми двигателями,Цель изобретения - улучшение энергетлческих показателей путем канали 10зации избыточной энергии коммутациив нагрузку и снижение коммутационныхнапряжений.На Фиг. 1 изображена принципиальная схема предлагаемого инвертора; 15на Фиг, 2 - диаграмма, поясняющаяпреобразование постоянного напряжения в трехФазное переменное; наФиг,3 - диаграмма, поясняющая электромагнитные процессы в предлагаемом ин-,верторе,Автономный инвертор напряжениясодержит источник 1 питания, состоящий из трансФорматора 2, тиристорного моста 3-6, сглаживающего реактора7, Фильтрового конденсатора 8, токоограничивающего реактора 9, дополнительный источник 10 питания, подключенный к системе 11 и 12 электроснабжения выполненный в виде диодногоЪГ30моста 13-.16, зарядного реактора 17,Фильтрового конденсатора 18, коммутирующие тиристоры 19 и 20, дополнительный токоограничивающий реактор21, коммутирующий реактор 22, зарядные тиристоры 23-26, коммутирующиеконденсаторы 27 и диоды 28 и 29, разрядные диоды 30 и 31, коммутирующийтрансФорматор с двумя обмотками 32и 33, возвратные диоды 3 ч и 35, дио"ды 36 и 37 связи, обратные диоды 38и 39, главный тиристорный мост б 0-15,распределительный тиристорный мостЬ 6-51, нагрузку 52 и систему 53 управления,ТрехФазный мост главных тиристоровч 0-45 подключен анодами через токо"ограничивающий реактор 21 к основнойположительной шине источника 1 питания, трехФазный мост распределительных тиристоров ч 6-51 подсоединен выводами переменного тока к выводам переменного .тока трехФазного моста главных тиристароь 40-15, а выводами постоянного тока через обратные диоды38 и 39 " к соответствующим выводампостоянного тока трехФазного мостаглавных тиристоров, зарядный реактор17 подключен одним выводом к положительной шине дополни гельного источ" ника 10 питания, коммутирующие тиристоры 19 и 20 включены последовательно и общей точкой соединения подключены к выводу коммутирующего конденсатора 27, разрядные диоды 30 и 31 соединены последовательно, возвратные диоды 3 ч и 35 - попарно последовательно подсоединены соответственно к шинам дополнительного источника 10 питания, коммутирующие дио" ды 28 и 29 соединены согласно последовательно и подсоединены соответственно к выводам постоянного тока моста распределительных тиристоров ь 6-51, а общей точкой соединения - к другому выводу коммутирующего конден. сатора 27 диоды 36 и 37 связи соединены согласно последовательно и подключены к соответствующим шинам вспомогательного источника питания, коммутирующий трансФорматор с обмот" ками 32 и 33 подсоединен выводами первичной обмотки к общим точкам сое. длнения коммутирующих и разрядных диодов, а выводами вторичной обмотки - к общим точкам соединения возвратных диодов 3 ч и 35 и диодов 36 и 37 связи, зарядные тиристоры 23-26 включены последовательно и подсоединены к соответствующим шинам питания, тиристоры .25 и 26 общей точкой соединения объединены с общей точкой соединения коммутирующих диодов, а два других 23 и 24 общей точкой соединения объединены с общей точкой соединения коммутирующих тиристоров 19 и 20, коммутирующий реактор 22 подклю" чен одним выводом к основной отрицательной шине источника 1 питания и другим выводом к катодам трехФазного моста главных тиристоров 40-45, сис" тема 53 управления автономным инвертором содержит регулятор частоты, распределитель импульсов управления, ,соединенный входом с выходом Регулятора частоты, а выходами " через усилительно-развязывающие узлы с управляющими входами тиристоров.Обмотки токоограничивающего и ком" мутирующего оеакторов выполнены с электромагнитной связью и с одинако" вой индуктивностью, а к их соответст" вующим выводам подсоединены выводы коммутирующих тиристоров 19 и 20 и разрядных диодов 30 и 31.Согласно Фиг. 1"3 предлагаемый инвертор работает следующим образом.35 5 155938Согласно диаграмме Фиг. 2 на интервале времени, проводят токтиристоры 40, 42 и 45, В момент времени с производят выключение тиристора 40, Для этого включают распределительный тиристор 47 и коммутирующий тиристор 19. При этом конденсатор27, заряженный первоначально плюсомна правой обкладке, начинает перезаряжаться по контуру; 27, 29, 47, 40,21, 19, 27, вытесняя ток нагрузки иэтиристора 40.В момент времени е(Фиг. 3) токв тиристоре 40 спадает до нУля (кривая 1 ,) и ток перезаряда конденсатора 27 замыкается по контуру: 27,32, 30, 21, 29, 27. При этом к выключаемому тиристору 40 прикладывается напряжение первичной обмотки 32 20коммутирующего трансформатора.Плюс обмотки 32 через диод 29 итиристор 47 прикладывается к катодутиристора 40, минус обмотки 32 - через разрядный диод 30 к аноду тиристора 40. Таким образом, тиристор наинтервале времени й в восстанавливает свои вентильные свойства. При этомток нагрузки выключаемой Фазы и двухдругих Фаз замыкается по контуру: 8,9, 19, 27; 29, 47; 52, 45, 22, 8 или8, 9, 19, 27, 32) 30, 42 52, 45, 22,8,В момент времени е за счет энергии, переданной конденсатором 27 токоограничивающему реактору 21, наинтервале временипродолжаетсяего перезаряд. При этом ток нагрузкив цепи конденсатора 27 спадает, а вцепи реактора 21 нарастает. 8 момент40времени й ток конденсатора спадаетдо нуля, а ток в реакторе Т, нарастает до тока нагрузки, равного приб лизительно 2/3 от тока, протекающегодо момента выключения тиристора 40,и замыкается по контуру: 8, 9, 21,42, 52, 45, 22, 8. Если в момент времени ет напряжение на перезарядившемся конденсаторе выше, чем входноенапряжение инвертора, то ток выключаемой Фазы замыкается поцепи: 52,45, 39, 47, 52. При этом тиристор 19восстанавливает свои вентильные свойства зв счет разности напряжения(11 с в,1 Бсв) по контуру: 27, 19, 9,8, 22, 39, 29, 27. Кроме того, суще"55ствует второй контур для выключениятиристора 19: 27, 19, 21, 30, 32, 27.Поскольку ток выключаемой Фазы проте 9 6кает по контуру, в котором отсутс вуст комму-.ирующий реактор (8, 9, 15 27, 29, 47, 52, 45, 22, 8), величина индуктивности реактора 9 на порядок меньше, чем индуктивность реакторов 21 или 22, то, как только цс 1 станет выше Б , создаются условия для выключения тиристора 19 и реактивный ток (Фиг. 3, кривая 1 ) замыкает" . ся по указанному контуру (47, 52, 45, 39, 47)Если напряжение на конденсаторе 27 ниже входного напряжения инвертора (источник 1 питания), то конденсатор 27 заряжается током нагрузки по контуру 8, 9, 19, 27, 29, 47; 52, 45, 22, 8 и в момент вре,мени, когда 11, , становится выше, чем О реактивная составляющая тока замыкается по контуРу: 4, 52, 45, 39, 47, В результате напряжение на коммутиоующем конденсаторе независимо от величины тока нагрузки ограничивается на уровне, незначительно превышающем Б,. Таким образом, в автономном инверторе не накапливается энергия, обусловленная выключаемым током нагрузки.Согласно Фиг, 3 на интервале вре" мени йреактивная составляющая тс: ка спадает (кривая 1 ), включается тиристор 41, ток в Фазе нагрузки 52 меняет направление и начинает увеличиваться (кривая 1), а ток в реакторах 21 и 22 (кривые 1и 1 в) увеличивается до прежнего значения, В момент времени с включаются заряд" ные тиристоры 23 и 26 и осуществляется дозаряд конденсатора 27 по цепи: 18, 17, 23, 26. 8 момент времени конденсатор заряжается до исходного напряжения, и процесс коммутации заканчивается.Выполнение коммутирующих реакторов 21 и 22 со взаимоиндуктивностью с коэффициентом потокосцепления, близким к единице, позволяет исключить коммутационнь 1 е перенапряжения на главных тиристорах автономного инвертора (кривые 1 и 1). Так как ЭДС самоиндукцйй и взаимоиндукции., создаваемые в контуре 8, 9, 21, 40, 41, 22, 8 действием реакторов 21 и 22, взаимно компенсируются, то в процессе коммутации к тиристорам автономного инвертора прикладывается сумма напряжений, не превышающая Б+ Б.В момент времени св осуществляют коммутацию тиристора 45. Для этоговключают тиристоры 50 и 20. Колебательным перезарядом конденсатора 27 ток нагрузки вытесняется из тиристора Ц 5 по контуру: 27, 20, 22, 15, 50, , 28, 27. Затеи так перезаряда конденсатора 27 замыкается по контуру: 27, 20, 22, 31, 32, 27, вследствие чего к тиристору ч 5 прикладывается напря" жение обмотки 32 коммутирующего трансформатора. Далее на интервалах (фиг. 2) процессы повторяются аналогично.Выполнение коммутирующих реакторов с электромагнитной связью позволяет расположить их в охлажденной шахте соосно и таким образом снизить их конструктивный объем.Таким образом, в АИН отсутствует накопление энергии на коммутирующем конденсаторе УПК, а его напряжение ограницивается на уровне, незначительно превышающем входное напряжение источника 1 питания.Блок управления автономным инвертором работает следующим образом. Согласно сигналу задания И, поступающе" му на вход системы 53, регулятор цас" тоты формирует последовательность пря.моугольных положительных 1 А р 1111 с 30 и отрицательных 04, О, 0 импульсов, нормированных и сдвинутых во времени, поступающих на вход распределителя импульсов управления. По задним Фрон" там указанных импульсов распределите" лем формируются узкие импульсы Кд, Кн Кс К К Кс а также импульсыРс и Рд Рв Рс задержанные относительно задних фронтов импульсов, Формируемых с выхода регулятора 4 О частоты на время восстановления вентильных свойств главныхи коммутирующих тиристоров.Через усилительно-развязывающиеУзлы импульсы 114 11 р 0 с: 14 116 Бс 45 поступают на управляющие входы главных тиристоров 40"45, импульсы К,Ксф Кд К В Кс на управляющи входы распределительных тиристоров ч 6-51, импульсы Кд, К 8, Кс, объединенные церез логический ИЛИ, - на управляющий вход коммутирующего тирис" тора 19, импульсы К, К, К, объединенные через логический элемент ИЛИ,- на управляющий вход тиристора 20, импульсы Р, Рв, Р, объединенные по ИЛИ, поступают на управляющие входы зарядных тиристоров 23 и 2 б, а импульсы Р, 1 в, Рс, объединенные по ИЛИ, поступают на управляющие входызарядных тиристоров 21 и 25,Цифровые обозначения при алгоритмах переключения ключей- у ,ц- у, на фиг, 2 соответствуют номерам элементов устройства на Фиг. 1.Такая же логика обозначений принятаи на Фиг. 3. формула изобретения 1, Автономный инвертор напряжения,содержащий трехфазный мост главных тиристоров, подключенный анодами церез токоограницивающий реактор к основной положительной шине питания, трехфазный мост распределительных тиристоров, подсоединенный выводами переменного тока к выводам переменного тока трехфазного моста главных тиристоров, а выводами постоянного тока через обратные диоды - к соответствующим выводам постоянного токатрехфазного моста главных тиристоров,зарядный реактор, подключенный одним выводом к дополнительной положительной шине питания, два последовательно включенных коммутирующих тиристора, коммутирующий конденсатор, подключенный одним выводом к общей тачке соединения коммутирующих тиристоров, два последовательно соединенныхразрядных диода, два попарно последовательно соединенных возвратных диода, подключенных к соответствующим вспомогательным шинам питания, два согласно последовательно включенных коммутирующих диода, подсоединенных своими соответствующими выводами к выводам постоянного тока моста распределительных тиристоров, два диода связи, коммутирующий трансформатор, подсоединенный выводами первичной обмотки к общим точкам соединения ком" мутирующих и разрядных диодов, а выводами вторичной обмотки - к общей точке соединения возвратных диодов, два последовательно включенных заряд" ных тиристора, подсоединенных к соответствующим вспомогательным винам питания и общей точкой соединения объединенных с общей точкой соедине" ния коммутирующих диодов, коммутирую" щий реактор, блок управления автономным инвертором, содержащий регулятор частоты, формирующий согласно часто- . те задания последовательности прямоугольных положителЬных Ц и отрица2, Инвертор по и, 1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что обмотки токоограничивающего и коммутирующего реакторов выполняются с электромагнитной связью и с одинаковой индук- тивностью 15938тельных 0 импульсов, где 1 - фазныйиндекс, нормированных и сдвинутыхво времени, распределитель импульсовуправления, соединенный входом с выходом регулятора частоты и формирующий по задним Фронтам импульсов Би 0 узкие импульсы К и К соответственно, а также импульсы Р иР , задержанные относительно заднихфронтов этих импульсов Б и О навремя восстановления вентильныхсвойств главных и коммутирующих тиристоров. а также формирующий импульсы управления тиристорами инверторав соответствии с логическими выражениями= д Рг = д Рз = 1"1 вР = "вРГ с у Гб сю Р 7 Аю Р 3 рРв Квю Ро= в Рп с Рп Ксю 20Г 13 КлКв си Р и КФвсгде Р, - Р - логические Функции управления главными тиристорами;Рг - Г - логические ФУнкции Управления распределительными тиристорами;Р - Р в логические функции управления коммутирующими тиристорами,причем выходь 1 распределителя импульсов управления с управляющими выходами соответствующих тиристоров связаны через усилительно-развязывающиеузлы, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью улучшения энергетических З-показателей путем канализации избыточной энергии коммутации в нагрузкуи снижения коммутационных напряжений,9 10в него дополнительно введены два последовательно соединенных зарядных тиристора, подключенных к соответствующим дополнительным шинам питания и к общей точке соединения коммутирующих тиристоров, коммутирующих конден" сатор другим выводом подсоединен к общей точке соединения коммутирующих диодов, коммутирующий реактор подключен одним выводом к основной отрицательной шине источника питания и другим выводом - к катодам трехфазного моста главных тиристоров, диоды связи соединены согласно последовательно и подключены к соответствую-щим шинам вспомогательного источника питания и общей точкой соединения к другому выводу вторичной обмотки коммутирующего трансформатора, причем выводы коммутирующих тиристоров и разрядных диодов подсоединены к соответствующим выводам токоограничиваю" щего и коммутирующего реакторов, а управляющие входы дополнительно введенных зарядных тиристоров через усилительно-развязывающие узлы связаны с выходами распределителя импульсов управления, формирующего импульсы в соответствии со следующими логическими выражениями:Рд Рв Рсе Ри Рд 16 Рсф1559389 Ьгг У Ю 7 Составитель Г. МыцыкТехред М, Ходанич Ко ор А, Обруча тор Иааютт ее на енно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгорственного к 113035, М ираж 494 1 итета по изобре ква, Ж, Раув Подписноениям и открытиям при ГКНТ ССая наб., д 4/5