Автономный инвертор тока

(51) ВУ тельство СССР/515, 1989.Р ТОКАиристорныхка. Суцность о ток и выв х кониристо елитеденсатор ра и бло лем импуИзвес ор токонст СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛ ИСТИЧ ЕСКИХРЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) ИСАНИЕ И ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛ(57) Использование: в тприводах переменного то Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в тиристорных при-. водах переменного тока, предназначенных для питания асинхронных электродвигателей, в частности в тиристор" ных преобразователях частоты, предназначенных для питания тяговых асин-, хронных электродвигателей наземного электротранспорта.Известен автономный инвертор тока 1, содержащий трехфазный мост главных тиристоров, выводы переменног а которого соединены с выходны м одами, три коммутирующиа, даа коммутирующих т к управления с распред льсов.тный автономный инверт ка имеет значительную массу и изобретения: устройство содержит трехфазные мосты главных тиристоров (Т) (5-10) и распределительных Т (14-19), Коммутирующие конденсаторы (21 и 25) рассчитаны на постоянное пульсирующее напряжение. Коммутирующие Т (29 и 30) выполнены двухоперационными или комбинированно-выключаемыми. Первичные обмотки (37 и 38) коммутирующего трансформатора соединены последовательно с разделительными диодами (45 и 46), Вторичные ,обмотки (39 и 40) соединены последо вательно с возвратными Т (43 и 44), 1 з.п.ф-лы, 2 ил. руктивный объем коммутирующих конден саторов вследствие недоиспользования их по частоте вызодного напряжения.поскольку каждый конденсатор выключает только тиристоры, подсоединенные к одному выводу нагрузки. Установленная мощность конденсаторов существенно увеличивается из-за их перезаряда в процессе коммутации с одного знака напряжения на другой,Известен автономный инвертор тока 2, содержащий подключенный к входным выводам через сглаживающие реакторы трехфазный мост главных тиристоров, выводы переменного тока которого соединены с выходными выводами, первую и вторую коммутирующие цепи, каждая из которых состоит из согласно-последовательно соединенных коммутирующих конденсатора.дросселя, зарядного тиристора и коммутирующего диода, два перезарядных тиристора, первый из которых подсое динен анодом к коммутирующему ксн/5 денсатору первой коммутирующей цепи, а второй катодом подсоединен к коммутирующему дросселю второй коммутирующей цепи, два перезарядных диоды, два разделительных диода, коммутирующий трансформатор, состоящий из двух первичных обмоток с пвследовательно соединенными выключающими диодами и двух вторичных обмоток с последовательно соединенными возвратными тиристорами, фильтровой конденсатор, подсоединенный к выводам дополнительного источника питания постоянного напряжения, основной коммутирующий тиристор, подсоединенный анодом к положительному выводу фильтрового конденсатора, блок управления, состоящий из последовательно включенных задатчика частоты и распредели.- теля импульсов управления, псдсоеди неннсго соответствуюцими выводами к: управляюцим входам главных, перезарядных, коммутирующих и возвратных тиристоров.К недостаткам устройства следует отнести двухступенчатую коммутацию, связанную с предварительным перезарядом коммутирующих конденсаторов, и их значительную установленную мощность, связанную с перезарядом конденсаторов от пика до пика напряжения, что не позволяет использовать известное устройство в установках наземного электротранспорта с ограниченным конструктивным объемом.Целью изобретения является улучшение технико-экономических показателей за счет снижения установленноймощности конденсаторов коммутирующихцепей.45Поставленная цель достигается тем, что в автономный инвертор тока дополнительно введен трехфазный мостраспределительных тиристоров, соединенный выводами переменного тока свыводами переменного тока трехфазноГО моста главных тиристоров дОпОлнительный коммутирующий тиристор, соединенный катодом с отрицательным выводом фильтрового конденсатора, причем катоды основного коммутирующего 55 и первого перезарядного тиристоров и коммутирующего диода подключены к точке соединения анодов трехфазного распределительного тиристсрНОГс моста а аноды допслнительнсгс ксммутируюцего и второго перезарядного тиристоров и коммутирующего диода подключены к точке соединения ка - тодов трехфазного распределиельнсго тиристорного моста, перезарядные диоды подсоединены встречно-параллельно первому и второму перезарядным тиристорам, первичные обмотки коммутирующего трансформатора с последовательно соединенными выключаюцими диодами включены соответствующими выводами между цепями управления и катодами основного и дополнительного коммутирующих тиристоров, разделительные диоды соединены катодами с анодами основного и дополнительного коммутирующих тиристоров, а анодами - с катодами соответствующих выключающих диодов, положительный вывод фильтрового конденсатора подключен к катодам двух возвратных тиристоров и к выводу дросселя первой коммутируюцей цепи, а отрицательный катод фильтрового конденсатора соединен с выводами вторичных обмоток коммутирующего трансформатора и с выводом конденсатора второй коммутирующей цепи, при этом в распределитель импульсов блока управления дополнительно введены шесть одновибраторов и два логических элемента ИЛИ, выходы которых. через усилительно-развязывающие элементы подключены к управляющим входам распределительных тиристоров и к управляющим входам основного и дополнительного коммутирующих тиристоров, а в качестве основного и дополнительного коммутирующих тиристоров использованы выключаемые или комбинированно-выключаемые по цепи управления тиристоры.Ожидаемый от использования изобретения положительный эффект заключается в том, что по сравнению с устройствами 111 и 21 пульсации напряжения на Фильтровом конденсаторе составляют всего 5-10, вследствие чего его установленная мощность может быть меньше в 40-50 раз.На Фиг.1 представлена структура силовых цепей устройства; на Фиг.2- диаграмма управления устройством.Автономный инвертор (см.фиг,1) содержит входные выводы 1 и 2 для подключения источника питания, сглаживающие реакторы 3 и 4, через кото1777220 10 20 рые к входным выводам подключен выводами постоянного тока трехфазныймост главных тиристоров 5-10, выводы переменного тока которого соединены с выходными выводами, подсоединенными к трехфазной нагрузке 11-13,трехфазный мост распределительныхтиристоров 14-19, подсоединенныйвыводами переменного тока к выводам .переменного тока трехфазного мостаглавных тиристоров, первую коммутирующую цепь, состоящую из последовательно включенных коммутирующих дросселя 20, конденсатора 21 зарядного тиристора 22, вторую коммутирующую цепь, состоящую из зарядного тиристора 23 коммутирующих дросселя 24 и конденсатора 25, Фильтровой конденсатор 26 с последовательно включенным реактором 27, подсоединенный своими выводами к источнику постоянного напряжения 28 и к выводам первой и второй коммутирующих цепей, основной 29 и дополнительный 30 коммути рующие тиристоры, подсоединенные квыводам Фильтрового конденсатора и квыводам постоянного тока .трехфазного распределительного тиристорногомоста, два коммутирующих диода 31 и ЗО32, подсоединенных между выводамифильтрового конденсатора и выводамипостоянного тока трехфазного распределительного тиристорного моста,две пары встречно-параллельно включенных переэарядных тиристора и дио"да 33,34 и 35,36, подсоединенных квыводам зарядных распределительныхтиристоров, коммутирующий трансформатор с двумя первичными 37 и 38 идвумя вторичными обмотками 39. и 40подсоединенный выводами первичных обмоток через выключающие диоды 41 и42 к управляющим входам основного и .дополнительного коммутирующих тирис"торов, а выводами вторичных обмоток - через возвратные тиристорц 43и 44 к источнику питания постоянногонапряжения (28), разделительные диоды 45 и 46, подсоединенные к выводампервичных обмоток коммутирующеготрансФорматора (37,38) к плюсовоиувыводу источника питания и катодамтиристоров трехфазного распределительного моста, блок управления 47,состоящий из задатчика частоты 48и распределителя импульсов 49, подсоединенный к управляющим входам тиристоров устройствабустройство согласно диаграмме импульсов управления, представленной на Фиг.2 работает следующим образом.Предположим, что в момент времени Фильтровой конденсатор 26 заряжен полярностью напряжения, указанной на фиг.1, а конденсаторы 21 и 25 полярностью напряжения, указанной в скобках. Согласно диаграмме импульсов управления на интервале времени 0-1 включены тиристоры 8 и 9, и ток нагрузки замыкается по цепи: 1,3,9, 13,12,8,4,2. В момент времени 1 выкЛючают тиристор 9 для чего подают одновременно импульсы управления на тиристоры 29 и 30, 5,18,15. В результате включения тиристоров конденсатор 26 разряжается по цепи: 26, 27,29,18,9,5,15,30,26, и тиристор 9 выключается, При этом к нему прикч:,ладывается обратное напряжение конденсатора 25 (плюс 26 прикладывается через тиристоры 29 и 18 к катоду тиристора 9, минус 26 прикладывается через тиристорц 30,15 и 5 к аноду тиристора 9), и он восстанавливает свои вентильные свойства.При выключении тиристора 9 ток выключаемой фазы,.замь 1 кается по контуру: 1,3,5 15 30;26,27,29, 18, 13, 12, 8,4,2,1, вследствие чего конденсатор 26 разряжается. При включении тиристоров 29 и 30 конденсаторы 21 и25 перезаряжаатся по контурам: 21, 20,29,34,21,25,24,36, 30,25.В результате колебательного пере- заряда конденсаторы 21 и 25 перезаряжаются на противоположную полярность (знак напряжения указан без скобок). С выдержкой времени Ф равной интервалу времени восстановления вентиль". ных свойств силовых тиристоров с, включаются перезарядные тиристоры 33 и 35, вследствие чего тиристоры 29 и 30 выключаются по контурам:+21,33, 29,20,21; +25,30,35 24,25. При выключении тиристоров 29 и 30 избыточный ток переэаряда конденсаторов замыкается по контурам: 21,33,37,45,20 21 и 25,38,46,35,24,25. При этом в первичных обмотках коммутирующего трансформатора наводятся ЭДС, плюс которых прикладывается к катодам ти" ристоров 29 и 20,вследствие чего по цепи управления тиристоров 29 и 30 протекает отрицательный ток, способ" ствующий выводу зарядов основных носителей из области управляющегоперехода и п-эмиттера, что способствует более быстрому восстановлению вентильных свойств тиристоров 29и 30. При этом одновременно подаютсяимпульсы управления на тиристоры 43,44 вследствие чего во вторичных обмотках коммутирующего трансформаторанаводится ЭДС, ток которой замыкаетсяпо контурам: 39,43,27,26,39; 40,44,27,26,Коэффициент трансформации коммутирующего трансформатора К 1 между пер"вичными и вторичными обмотками выби"рвется таким оЬразом, что к цепиуправления тиристоров 29 и 30 прикла-дывается обратное напряжение, не .превышающее допустимое обратное напряжение цепи управления для комбини рованно включаемых и двухоперационных тиристоров.Обмотки коммутирующего трансформатора расположены таким образом,что сердечник трансформатора перемагничивается перед каждой очереднойкоммутацией. При выключении тиристоров 29 и 30 ток нагрузки выключаемой Фазы замыкается по цепи: 1,3,5,15,32,27,26,31,18,13,12,8,4,2,1,вследствие чего энергия выключаемойфазы закачивается в фильтровой конденсатор,По мере спада тока нагрузки ввыключаемой фазе нарастает ток нагрузки в фазе 11 по цепи 1,3,5,11,12,8,4,2. По окончании процессов в ,контуре коммутации одновременно включаются тиристоры 22 и 23, вследствиечего осуществляется подзаряд конденсаторов 21 и 25 по цепи: 26,27,23,24,25,26; 26,27,20,21,22,26.Поскольку половину полупериодапротекания тока нагрузки выключаемойФазы через конденсатор 26 он разряжается, а другую половину полупериода дозаряжается, то независимо оттока нагрузки напряжение на Фильтровом конденсаторе остается неизменным.В момент времени 2 выключают тиристор 8 включением очередного главного тиристора 10 распределительныхтиристоров 17 и 18 и коммутирующихтиристоров 29 и 30. При этом конденсатор 26 разряжается по цепи: 26,27,29,18,10,8,17,30,26, В результатетиристор 8 выключается и ток нагрузки выключаемой фазы 12 замыкается поцепи: 1,3,5,11,12,17,30,26,27,29,1810,4,2,1. При этом конденсатор 261, Автономный инвертор тока, содержащий подключенный к входным выво-, дам через сглаживающие реакторы трехфазный мост главных тиристоров, выводы переменного тока которого соединены с выходными выводами, первую и вторую коммутирующие цепи, каждая из которых состоит из согласно после" довательно соединенных коммутирующих конденсатора, дросселя, зарядного тиристора и коммутирующего диода, 50 два перезарядных тиристора, первыйиз которых подсоединен анодом к коммутирующему конденсатору первой коммутирующей цепи, а второй катодом подсоединен к коммутирующему дроссе лю второй коммутирующей цепи, два переэарядных диода, два разделительных диода, коммутирующий трансформатор, состоящий иэ двух первичных оЬмоток 0 15 20 25 30 35 разряжается и теряет часть своей энергии. Со сдвигом включаются тиристоры 33 и 30, вследствие чего тиристоры 29 и 30 выключаются, при этом ток нагрузки замыкается по цепи: 1, 3, 5, 11, 12, 17, 32, 27,26,31, 18, 1 О, 4, 2,1, В результате конденсатор заряжается током нагрузки и напряжение на его выводах возрастает, вследствие чего ток нагрузки в фазе 12 спадает, а в фазе 13 нарастает по цепи: 1,3, 5,11,13,10,4,2, 1. В моменты времени 3-8 электромагнитные процессы повторяются.Напряжение на конденсаторе 26 остается постоянным, и величина его пульсаций составляет 5-10;, вследствие чего установленная мощность фильтрового конденсатора получается в несколько раз меньше, чем коммутирующего.При подключении обмотки коммутирующего трансформатора параллельно цепи управляющего электрода комму тирующих тиристоров облегчаются процессы их выключения и снижаются ком-, мутационные перенапряжения. Установленная мощность конденсаторов 21 и, 25 мала по сравнению с коммутирующими конденсаторами в устройствах 11 и 2, вследствие чего суммарная установленная мощность конденсаторов в устройстве снижается и улучшаются технико-экономические показатели. формула изобретения9 177722с последовательно соединенными выклю-чающими диодами и двух вторичных обмоток с последовательно соединеннымивозвратными тиристорами, фильтровойконденсатор, подсоединенный к выводамдополнительного источника питанияпостоянного напряжения, основной коммутирующий тиристор, подсоединенныйанодом к положительному выводу Фильт Орового .конденсатора, блок управления,состоящий из последовательно включенных задатчика частоты и распределителя импульсов управления, подсоединенного соответствующими выводами к 15управляющим входам главных, переза.рядных, коммутирующих и возвратныхтиристоров, о т л и ч а ю щ и й с я,тем, что, с целью улучшения технико-экономических показателей за счет 20снижения установленной мощности конденсаторов коммутирующих цепей, до-,полнительно введен трехфазный мостраспределительных тиристоров, соединенный выводами переменного тока с 25выводами переменного тока трехфазного моста главных тиристоров,дополнительный коммутирующий тиристор, соединенный катодом с отрицательным выводом Фильтрового конденсатора, причем катоды основногокоммутирующего и первого перезарядно.го тиристоров и коммутирующего диодаподключены к точке соединения анодовтрехфазного распределительного тирис торного моста, а аноды дополнительного коммутирующего и второго перезарядного тиристоров и коммутирующего диода подключены к точке соединения,катодов трехфазного распределительноО 10го тиристора моста, перезарялные диоды подсоединены встречно параллельно первому и второму перезаряднь,м тиристорам, первичные обмотки коммутирующего трансформатора с последовательно соединенными выключающими диодами включены соответствующими выводами между цепями управления и катодами основного и дополнительного коммутирующих тиристоров,разделительные диоды сое-. динены катодами с анодами основного и дополнительного коммутирующих тиристоров, а анодами - с катодами соответствующих выключающих диодов, положительный вывод фильтрового конденсатора подключен к катодам двух возвратных тиристоров и к выводу дросселя первой коммутирующей цепи, а отрицательный катод фильтрового конденсатора соединен с выводами вторичных обмоток коммутирующего трансформатора и с выводом конденсатора второй коммутирующей цепи, при этом в распределитель импульсов блока управления дополнительно введены шесть одновибраторов и два логических элемента ИЛИ, выходы которых через усилительно-развязывающие элементы подключены к управляющим входам распределительных тиристоров и к управляющим входам основного и дополнительного коммутирующих тиристоров2, Инвертор по п.1, о т л и ч а ю" щ и й с я тем, что в качестве основного и дополнительного коммутирующих тиристоров использованы выклюцаемые или комбинированно выключаемые по цепи управления тиристоры.1777220 Составитель Техред И.Мо Редактор И.Кузнецова Корректс вцо Заказ 112 б Тираж изобрете5, Раушск ВИИИПИ Государственного комитет 113035, Москва, 11Производственно-издательский комбинат Патент , г.укгород, ул. Гагарина,гг Ю гз оваливктал Подписноем и открытиям при ГКНТ СССР набар де 4/5