Автономный инвертор напряжения

(1 Л 55 Н 02 М 7/515 М ,О Юъ 1ГОСУДАРС 1 ВЕН Ый КОМИТЕТПО ИЗОЬРЕТЕНЛ 53 М И ОТКРЫГИ 51 МПРИ ГКН 1 СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Центр научно-технического творчества молодежи "Прогресс" и Новосибирский филиал Международного коммерческого союза(54) АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР НАПРЯЖЕНИЯ(57) Использование; в тиристорных преобразователях главного привода станков с числовым программным управлением, а такИзобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в тиристорных преобразователях главного привода станков с числовым программным управлениел 1,Известен инвертор напряжения, содержащий трехфазные главный и коммутирующий тиристорные мосты, обьединенные выводами переменного тока трехфазного главного тиристорного моста к выводам трехфаэной нагрузки, триС-цепи, состоящие из последовательно включенных коммутирующих реактора и конденсатора, подключенных между выводами переменного тока трехфазных главного и коммутирующего тиристорных мостов, систему управления, Устройство работоспособно только при номинальном напряжении на БО, 17789 О 1 А 1 же в преобразователях частоты электропоездов и электровозов переменного тока. Сущность изобретения: устр-во содержит подключенные черезС-фильтр 4, трехфазный главный (7, 8, 11, 12, 15, 16) и коммутирующий тиристорные мосты, К резисторам 17, 18 соединенным с дополнительным источником, подключен трехфазный коммутирующий тиристорный мост(5, 6, 9, 10, 13, 14) с тремя (.С-цепями, состоящими из последовательно соединенных коммутирующих реакторов и конденсаторов 21-26. Параллельно диодам 19, 20 подключены зарядные тиристоры 30., 31. Зарядные тиристоры позволяют организовать при включении главных тиристоров цепь для предварительного заряда, коммутирующих конденсаторов, 1 з,п. ф-лы, 3 ил. входе(АИН), При снижении напряжения на входе АИ Н устройство не работает, поскол ьку снижается коммутирующая способность устройств принудительной коммутации.Известен автономный инвертор, выбранный в качестве прототипа, содержащий подключенный ко входным выводам трехфазный главный тиристорный мост, выводы переменного тока которого подключены к выходным выводам и через коммутирующие последовательные (.С-цепи - к выводам переменного тока асимметричного трехфазного коммутирующего тиристорно.о моста, к анодной группе которого подключен катод первого обратного диода и вывод первого резистора, а к катодной группе - анод второго обратного диода и вывод второго резистора, анод первого обратного диода10 20 30 40 45 50 55 соединен с анодом главного тирисгорного моста, а катод второго обратного диода соединен с кагодами главного тиристорного лоста, систему управления, состоящую из последовательно включенных импульсов управления, выполненную обеспечивающей формирование последовательности сдвинутых и нормированных по длительности импульсов управления асимметричным трехфазным главным тиристорным мостом, по задним фронтам которых обеспечивае- ся формирование коротких импульсов управления асимметричным трехфазным коммутирующил тиристорным мостом, при этом выходы распределителя импульсов управления через усилительно-развязывающие элементы соединены с управляюц 1 ими входами асимметоичных Чрехфазньх тиаисторных мостов,К недостаткам устройства следует отнести отсутствие возможносги регулирования напряжения на входе АИН, вследствие чего на низкой частоте приходится увеличивать частоту коммугации, что увеличивает потери в устройстве. Заряд коммутируюгцих конденсаторов возможен только при организации специального алгоритма подзаряда коммутиру;оших конденсаторов. Вследствие перечисленных недостатков существен но сг пикены функционал ьн ые возможности устройства,Поэтому целью предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем увеличения коммутирующей способности,Поставленная цель достигается тем, что в автономный инвертор напряжения дополнительно введены два зарядных тиристора, включенных встречно параллельно оаратным диодам, при этом свободные выводы первого и второго резисторов подключены к выводам введенного дополнительного источника питания, а в распределитель импульсов системы управления дополнительно введены два трехвходавых логических элемента ИУИ, подключенных входами к выходам распределителя, фармиру:ощим импульсы управления тиристорами соответственна анодной и катодной группы асимметричного трехфазного главного тиристорного моста, а выходами через введенные усилительна-развязывающие элементы к управлякщим входам зарядных тиристоров, при этом в качестве зарядных тиристарав использованы тиристоры с обратной проводимостью или асимметричные,Ожидаемый ат использования изобретения положительный эффект заключается в том, что по сравнению с известными устройствами введение зарядных .иристоров позволяет организовать при включении главных тиристоров цепь для предварительного заряда коммутирующих конденсаторов и не таебует организации алгоритма управления для предварительного заряда конденсаторов, Подсоединение выводов первого и второго резисторов к выводам дополнительного источника питания постоянного напрякения обеспечивает заряд и дозаряд коммутирующих конденсаторов до требуемой величины напряжения независимо от величины входного напряжения АИН, вследствие чего увеличивается надежность устройства и расширяются его функциональнце вазможности, поскольку на низких частотах выходного напряжения допускается кроме широтно-импульсной модуляции фазовое регулирование входного напряжения АИН.Выполнение зарядных тиристоров с обратной проводимостью или на основе асимметричных тиристоров позволяет уменьшить число вентилей в автономном инверторе напряжения, а введение в распределитель импульсов управления трехвходовых логических элементов ИЛИ и подсоединение их входов к выходам распределителя, формирующего импульсы управления аноднцми и катодными группами трехфазного главного тиристорного моста, а выходов к управляющим входам зарядных тиристоров обеспечивает предварительный заряд конденсатора соответствующей полярности для выключения требуемоо гнавного тиристора после окончания его инвертора проводимости.На фиг, 1 изобракена функциональная схема инвертора напряжения; на фиг, 2 - диаграмма управления, поясняющая процесс преобразования постоянного напряжения в трехфазное переменное; на фиг. 3 - структурная схема системы управления,Инвертор напряжения (фиг.1) содержит источник питания 1, подсоединенный к входным выводам 2, 3,С-фильтр 4. состоящий из последовательно включенных фильтрового конденсатора и токоограничивающего реактора, трехфазные главный и коммутирующий тиристорные мосты 5-16 (главные тиристоры 7, 8, 11, 12, 15, 16, коммутирующие тиристоры 5, б, 9, 10, 13, 14), подключенные выводами пастояннога тока главного тиристорного моста ко входным выводам, резисторы 17, 18 и обратные диоды 19, 20, включенные параллельно и подключенные между выводами постоянного така трехфазных главного и коммутирующего тиристорных мостов, триС-цепи 21-26, состоящие из последова 1778015 10 15 20 25 30 тельно саедиенньх коммутирующих реакторов и конденсаторов и подключенные между выводами переменного тока трехфазных главного и коммутирующего тиристорных мостов, трехфазную нагрузку 27-29, подсоединенную к выводам переменного тока трехфазного главного тиристорного моста, зарядные тиристоры 30, 31, подсоединенные между выводами постоянного тока трехфазных мостов главных и коммутирующих тиристоров, источник питания 32, подсоединенный к выводам постоянного трехфазного моста коммутирующих тиристоров, систему управления 33, подсоединенную выходными выводами к управляющим входам тиристоров. Система управления ЗЗ (см, фиг,З) состоит из регулятора частоты 34, распределителя импульсов 35, подсоединенного в каждом канале управления выходными выводами через усилительно развязываощие элементы 38 к управляющим входам коммутирующих и главных тиристоров трехфазных тиристорных мостов, Входы распределителя импульсов подсоединяются к выходу регулятора частоты, на вход которого подается сигнал задания выходной частоты автономного инвертора, логические элементы ИЛИ 36, 37 подсоединяются своими входами к управляющим импульсам.тиристоров анодной и катодной групп трехфазного главного тиристорного моста и выходами к управляющим входам зарядных тиристоров 30 и 31.Инвертор напряжения работает следующим образом.Согласно диаграмме импульсов управления (фиг.2) с соответствующей нумерацией на интервале времени товключены главные тиристоры 7, 12, 15, вследствие чего ток нагрузки замыкается по цепи 1, 2, 7, 27, 28, 12, 3, 1, а также по контуру 1, 2, 15, 29, 28, 12, 3, 1, При включении тиристора 7 согласно диаграмме (фиг.2) импульсы управления одновременно подаются на тиристоры 30 и 5, вследствие чего независимо от величины напряжения источника питания 1 на входе конденсатор 22 заряжается по контуру: 32, 17, 30,7, 22, 21, б, 18,32,Поскольку заряд конденсатора происходит в колебательном режиме, вследствие чего он заряжается до напряжения выше, чем Оз 2 и выше, чем ., то тиристоры 6 и 30 выключаются под действием разности напряжений по контуру: 22, 7, 30, 32, 17, 32, 18, 6,21,22,В моментвыключают тиристор 15.Для этого подают импульсы управления иа коммутирующий тиристор 13. Поскольку при включении тиристора 15 конденсатор 26 был предварительно заряжен с плюсом на правой обкладке, то тиристор 15 выключается по контуру: 26, 15, 19, 13, 25, 26, В момент выключения тиристора 15 ток нагрузки 29 переводится в коммутирующуюС-цепь 25, 26 и замыкается по контуру 1, 2, 19, 13, 25, 26, 29. 28, 12, 3, 1, а избыточный ток перезаряда конденсатора замыкается по цепи: 26, 15, 19, 13. 25, 26, вследствие чего к тиристору 15 на время протекания избыточного тока перезаряда прикладывается обратное напряжение, необходимое для восстановления вентильных свойств асимметричного тиристора,В момент времени, когда избыточный ток перезаряда становится равен току нагрузки, конденсатор 26 перезаряжается током нагрузки по контуру 1, 2, 19, 13, 25, 26, 29, 28, 12, 3, 1, Вследствие спада тока нагрузки в контуре коммутации, конденсатор дозаряжается. В момент времени 12 включается главный тиристор 16 и поскольку длительность импульса управления коммутирующими тиристорами превышает длительность интервала коммутации т 1-12, то при включении тиристора 31 начинается форсированный дозаряд конденсатора 26 до напряжения выше, чем входное напряжение 06 и выше, чем напряжение источника 32. При этом диод 19 выключается по контуру: 26, 25, 13, 19, 4, 16, 26, а ток нагрузки 29 замыкается по цепи: 29, 28, 12, 16, 29. В момент времени, когда напряжение на конденсаторе 26 достигает максимального значения, тиристор 13 выключается по цепи: 26, 25, 13, 17, 32, 18, 20, 16, 26, Величина резисторов 17, 18 выбирается так, чтобы разряд и дозаряд конденсаторов проводился в колебательном режиме, но при этом пульсации напряжения на конденсаторе не превышали .15-20 О от величины напряжения источника питания 32.По мере спада обратного тока. обусловленного энергией запасенной в фазе 29, ток в тиристоре 16 меняет знак и начинается процесс нарастания тока в фазе 29 по контуру: 1, 2, 7, 27, 29, 16, 3, 1, На этом процесс выключения тиристора 15 заканчивается, В момент времени тз выключают тиристор 12, для чего подают сигнал управления на тири- стор 10. При этом тиристор 12 выключается по контуру: 24, 23, 10, 20, 12, 24. Гок обратного восстановления тиристора 10 протекает по контуру; 10, 23, 24, 11, 4, 20, 10, При включении в момент времени т 4 тиристорэ 11 и зарядного тиристора 30 осуществляется заряд конденсатора 24 по контуру: 32, 17, 30, 11, 24, 23, 10, 18, 32. В момент времени 15 выключаоттиристор 7, Поскольку конденсатор 22 был предварительно заояжен при включении тиристора 7, то при включениитиристора 5 он выключается па контуру; 22,7, 19,5, 21, 22.В момент времени 16-цз коммутационные электромагнитные процессы происходят аналогично,Поскольку импульсы управления на зарядные тиристары подаются в моменты,подачи импульсов управления на главныетиристоры, то к моменту выключения главных тиристаров конденсаторы заряжены и 10имеют соответствующую полярность напряжения,Устройствоуправления автономным инвертором напряжения работает следующимобразом. На вход регулятора 34 выходной 15частоты подается сигнал задания В, в результате чего он формирует последовательность нормированных и сдвинутых вовремени логических сигналов управления,поступающих на вход распределителя импульсов 35, С выхода распределителя 35через усилительна-развязывающие элементы 38 на управляющие входы тиристоровподаются импульсы управления Г:, Г 1, Гз, Гс,Гс, Гс, Кд, Ка, Кв, Кв, Кс, Кс При этом импульсы 25К и К; формируются по задним франтамимпульсов управления Г 1 л ц и функции управления зарядными тиристорами описываются вь:ражениямиГзо = ГАГв Гс: Рз 1 = ГА Гв Гс.По окончании процесса коммутации разряд конденсаторовС-цепей происходит па колебательному закону, вследствие 35 чего напряжение на коммутирующих конденсаторах снижается на 15-20 О ниже, чем напряжение источника питания 32,Формула изобретения. 401. Автономный инвертор напряжения, содержащий подключенный к входным выводам асимметричный трехфазный главный тиристорный мост, выводы переменного та кэ которого. подключены к выходным Выводам " и через коммутирующие последовательные .С-цепи - к выводам переменного тока асимметричного трехфазного коммутирующего тиристарного моста, к 50 аноднай группе которого подключен катод первого обратного диода и вывод первого резистора, а к катоцнай группе - анод второго Обратного диода и вывод второго резистора, анод первого обратного диода соединен с анодами главного тиристорного моста, а катод второго обратного диода соединен с катодами главного тиристорного моста, систему управления, состоящую из последовательно включенных регулятора частоты и распределителя импульсов управления, выполненную обеспечивающей формирование последовательности сдвинутых и нормированных па длительности импульсов управления асимметричным трехфазным главным тиристорным мостом, по задним фронтам которых обеспечивается формирование коротких импульсов управления аримметричным трехфазным коммугирующим тиристорным мостом, при этом выходы распределителя импульсов управления через усилительно-развязывающие элементь соединены с управляющими входами асимметричных трехфазных тиристорных мостов, а т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельо расширения функциональных возможностей устройства путем увеличения коммутирующей способности, в него дополнительно введены два зарядных тиристара, включенных встречно параллельно обратным диодам, при этом свободные выводы первого и второго резисторов подключены к выводам введенного дополнительного источника питания, а в распределитель импульсов системы управления дополнительно введены два трехвходовых логических элемента ИЛИ, подключенных входами к выходам распределителя, формирующим импульсы управления тиристарами соответственно анодной и катодной групп асимметричного трехфазного главного тиристорного моста, а выходами через введенные усилительно-развязывающие элементы к управляющим входам зарядных тиристорав.2. Инвертор напряжения по п.1, о т л ич а ю щ и й с я тем, чта в качестве зарядных тиристоров использованы тиристоры с обратной проводимостью или асимметричные.1778901 оставитель Г.Коваливкерехред М,Моргентал Кор р М.Максимиши актор Производственно-издательский комбинат "Патент, г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 каэ 4201 ВНИИП ТиражГосударственного комит113035, МоскаЗ ИЬ.Я,Я Подписноета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССРЖ, Раушская наб., 4/5