Трехфазный автономный инвертор его варианты

о и и с А т .и е 884059ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(53) УДК 621.314, .572 (088,8) Опубликовано 23.11.81, Бюллетень43Дата опубликования описания 23.11.81 во делам нэобретеннй и открытий(54) ТРЕХФАЗНЫЙ АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР (ЕГО ВАРИАНТЫ) Изобретение относится к преобразова- тельной технике и, в частности, к преобразователям энергии постоянного тока, особенно от низковольтныхисточников, в энергию переменного трехфазного тока.Известны схемы преобразователей, в которых ток в каждый момент времени протекает не более чем через один вентиль 1 и 2).Однако инвертор тока по схеме 2) имеет значительную установленную мощность конденсаторов и реакторов.Наиболее близким к изобретению является автономный инвертор по кольцевой схеме 2).Однако коммутирующая способность параллельных нагрузке коммутирующих конденсаторов ограничивает выходную,мощность инвертора.Целью изобретения является повышение выходной мощности.Цель достигается тем, что в трехфазном автономном инверторе, содержащем шесть основных тиристоров, шунтированных обратными диодами и соединенных с первичными обмотками трехобмоточного преобразовательного трансформатора по кольцевой 2схеме, причем общие точки первичных обмоток соединены со входными выводами, а также узел коммутации, который выполнен общим для всех тиристоров и состоит издвух групп коммутирующих тиристоров, каждая из которых содержит четыре тиристора, причем в одной группе анод одного из тиристоров подключен к положительному вход.ному выводу, а катод соединен с анодами трех распределительных тиристоров, катоды которых подключены к общим точкам катодов основных тиристоров, а в другой группе анод одного из коммутирующих тиристоров соединен с катодами распределительных тиристоров, аноды которых подключены к общим точкам анодов основных тиристоров, а между анодными и катодт 1 ными выводами распределительных тиристоров включена последовательная цепочка из коммутирующего конденсатора и реактора, имеющего вторичную обмотку, подключенную через обратный вентиль ко входным выводам, кроме того, последовательно 20 с обратными диодами могут быть включеныдополнительные коммутирующие реакторы.Указанная цель достигается также тем,что узел коммутации может быть выполненв виде индивидуальных групп коммутирующих тиристоров, подключенных параллельно каждому из основных тнристоров и состоящих каждая из четырех коммутирующих тиристоров, соединенных в мостовую схему с. разомкнутыми выводами постоянного тока и коммутирующим конденсатором в диагонали переменного тока, причем тиристоры двух противоположных плеч разомкнутого моста соединены с основными тиристорами, а двух других противоположных плеч со входными выводами через реактор, имеющий вторичную обмотку, подключенную через обратный вентиль (в частности и тиристор) ко входным выводам.При низком входном напряжении коммутирующие узлы для повышения надежности коммутации могут быть подключены к отдельному источнику повышенного напряжения.На фиг. 1 приведена схема инвертора с общим устройством коммутации; на фиг. 2 - вариант схемы инвертора с индивидуальной коммутацией; на фиг. 3 - временные диаграммы работы инверторов.Инвертор (с общей коммутацией) содержит трехобмоточный преобразовательный трансформатор с одной вторичной (повышающей) н двумя первичными обмотками, соединенными в две одинаковые звезды. Общие точки (начала обмоток) обеих звезд 1 и 2 подключа 1 отся к источнику питания. В первую фазу трансформатора входят первичные обмотки 3 и 4 и вторичная обмотка 5, во вторую - обмотки 6 - 8, в третью 9 - 11. Основные тиристоры 12 - 17 соединены с трансформатором по кольцевой схеме.Встречно-параллельно тиристорам подключены обратные диоды 18 - 23. Для выключения тиристоров используется коммутирующий реактор с обмотками 24 и 25 и конденсатор 26, которые тирнсторами 27 и 28 соединяются с источником питания, а через распределительные тиристоры 29 - 34 - с основными тиристорами. Вторичная обмотка 24 коммутирующего реактора подключена к источнику питания через диод 35. Нагрузка инвертора подключается .к выходу 36 - 38,Прн необходимости последовательно с каждым обратным диодом может быть включен коммутирующий реактор (на фиг. 1 условно показан один из них рядом с диодом 23), причем в этом случае обмотка 25 должна быть шунтирована диодом 39.Кольцевой ннвертор напряжения может использоваться при длительности проводящего состояния основных тиристоров Л = = 60 эл. град, или Х = 120 эл. град(при активной нагрузке, т. е. сов = 1). Режим Л = 120 предпочтителен, так как в этом режиме меньше потери и выше КПД, а форма кривой выходного напряжения ближе к синусоидальной и не зависит от созр нагруз. ки (что соответствует режиму Л =- 180". мостового инвертора напряжения), Возможнорегулирование действующего значения вы.ходного напряжения путем многократноговключения и выключения основных тнрнсторов в течение периода.5Порядок подачи управляющих импульсов на основные и коммутирующие тиристоры инвертора с общим устройством коммутации (фиг. ) при Л = 120 и однократномвключении и выключении основных тирнсторов показан на фиг. 3 сверху. На одной1 р вертикальной линии даны номера тиристоров, для которых импульсы начинаются одновременно.Длительность импульсов на основныхтиристорах должна быть 60 для нормальнойработы инвертора при любых созе нагрузф ки. Коммутирующие тнристоры управляются короткими импульсами.На фиг. 3 показаны кривые выходныхнапряжений и токов вторичных обмоток 5,8 и 11 для кольцевого инвертора напряже ния при нагрузке с соз = соз 30 без учетапроцессов коммутации.Прн активно-индуктивной нагрузке инвертора, в обмене реактивной энергии междуфазами нагрузки и с источником питанияучаствуют обратные диоды. На нижнем графф фике фиг. 3 даны номера диодов и интервалы их проводимости для, того же сокр нагрузки. Когда включен диод, допустим 18, тосоответствующий ему тиристор 12 выключен. Максимальная длительность работыЗОдиода 60, Сумма времен проводимости диода и тиристора составляет всегда 120 .оИскусственная коммутация происходитследующим образом.Пусть включен тиристор 13 н требуетсявыключить тиристор2. Спустя примерноэз ЗО с момента включения тиристора 13 подаются управляющие импульсы на тирнсторы 27 и 28, и конденсатор 26 заряжается отисточника ннтання через обмотку реактора25. Длительность заряда должна быть меньше 30, и к моменту окончания работы тиристора 12 тиристоры 27 и 28 должны выключиться.Для выключения тиристора 12 подаютсяуправляющие импульсы на тнрнсторы 29 и30, Прн этом конденсатор разряжается (нперезаряжается) по контуру: обмотка реактора 25, тирнстор 30, диод 18, тнристор 29,конденсатор 26, К тиристору 12 прикладывается отрицательное напряжение.При включении тиристоров 27 и 28 напряжение на конденсаторе складывается сф 6 напряжением источника питания, н в обмотке 25 возникает столь сильное нарастаниетока, что ЭДС индукции в обмотке 24 превышает напряжение питания. При этом открывается диод 35 и избыток энергии контура коммутации отдается в источник питания,Если используются отдельные коммутирующие реакторы, включенные последовательно с обратными диодами, то заряд кон денсатора и возврат избытка энергии происходит так, как уже описано, причем диод 39, подключенный к обмотке 25, закрыт, а в процессе разряда вместо обмотки 25 участвует отдельный реактор, ток в который подается через диод 39. При этом к тиристору, который требуется выключить, прикладывается напряжение конденсатора и надежность коммутации увеличивается.Кольцевой инвертор напряжения с индивидуальной коммутацией отличается от описанного инвертора тем, что содержит шесть коммутирующих реакторов 40 - 45 (фиг. 2), включенных последовательно с обратными диодами 18 - 23, и шесть коммутирующих конденсаторов 46 - 51, Каждый кон-.денсатор, например 46, с помощью двух коммутирующих тиристоров 52 и 53 (54 - 63) подключен к одному из основных тиристоров 12, а через другие два тиристора 64 и 65 (66 - 75) соединен с источником питания, причем к одному из полюсов источника коммутирующее устройство подключено через обмотку 76 двухобмоточного реактора, служащего для возврата избыточной энергии контуров коммутации в источник питания, для чего вторичная обмотка 77 подключена через диод 35 к источнику (анод диода к отрицательному полюсу)./Работа предлагаемого инвертора отличается, в основном, лишь тем, что каждый конденсатор используется для выключения только одного основного тиристора. Порядок подачи управляющих импульсов на тиристоры инвертора с индивидуальной коммутацией дан на фиг. 3 внизу. Процессы при заряде и разряде конденсаторов протекают аналогично инвертору (фиг. 1) с общим конденсатором и шестью коммутирую щими реакторами.Инверторы с общей и индивидуальной коммутацией, как и в случае мостовой схемы, имеют каждый свои преимущества и недостатки и, соответственно, области применения. Например инвертор с индивидуальной коммутацией при однократном включении основных тиристоров за период лучше подходит для получения более высоких частот выходного напряжения, а инвертор с общей коммутацией - . для низких частот и т. п. В том и другом инверторе для питания коммутирующего устройства может использоваться отдельный маломощный источник повышенного напряжения, В инверторе по фиг. 1 для этого анод тиристора 27 подключается к положительному полюсу этого источника, а не к точке 1, в инверторе по фиг. 2 ко второму источнику подключается начало обмотки 76. Отрицательный полюс второго источника подключается к точке 2.Вместо диода 35 можно включить тиристор, что даст возможность задержать момент начала возврата энергии из контура коммутацни. За счет этого можно увеличить ам плитуду напряжения на конденсаторе и автоматически поддерживать требуемую ее величину при изменении тока нагрузки и напряжения питания.В кольцевом инверторе среднее значениетока через вентиль вдвое меньше, чем в мостовой, при той же мощности в нагрузке и напряжении питания. Это дает воэможность либо уменьшить установленную мощность 1 Овентильного блока (отказаться от параллель.ного соединения одинаковых вентилей), либо увеличить КПД инвертора.Если использовать те же тиристоры и диоды, что и в мостовом инверторе, то, как показывает ориентировочный расчет, потериэнергии в вентилях в кольцевом инвертореболее чем вдвое меньше потерь в вентилях в мостовом инверторе. Потери в преобразовательном трансформаторе будем считать в обоих случаях одинаковыми, Тогда, если при мостовой схеме потери в вентилях сос тавляют, допустим, 10 юй мощности нагрузки, переход в кольцевой схеме позволит повысить КПД инвертора на еюУдельный вес потерь в вентилях в общейсумме потерь, как известно, увеличивается 5 при уменьшении напряжения питания инвертора. В связи с этим особенно эффективным будет использование кольцевого инвертора напряжения при работе с низковольтными источниками питания, в частности, с МГД-генераторами, топливными элементами и др.Формула изобретенияз 5. Трехфазный автономный инвертор,содержащий шесть основных тиристоров, шунтированных обратными диодами и соединенных с первичными обмотками трехобмо- .точногопреобразовательного трансформатора по кольцевой схеме, причем общие 4 О точки первичных обмоток соединены со входными выводами, а также узел коммутации, отличающийся тем, что, с целью повышения выходной мощности, узел коммутации выполнен общим для всех тиристоров и состоит из двух групп коммутирующих тиристо ров, каждая из которых содержит четыре тиристора, причем в одной группе анод одного из тиристоров подключен к положительному входному выводу, а катод соединен с анодами трех распределительных ти О. ристоров, катоды которых подключены кобщим точкам катодов основных тиристоров, а в другой группе анод одного из коммутирующих тиристоров соединен с катодами распределительных тиристоров, аноды которых подключены к общим точкам анодов основных тиристоров, а между анод- ными и катодными выводами распределительных тиристоров включена последовательная цепочка из коммутирующего кон 884059денсатора и реактора имеюц 1 его вторичную обмотку, подключенную через обратный вентиль ко входным выводам.2, Инвертор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности коммутации при низком входном напряжении, он дополнительно снабжен коммутирующим реактором, каждый из которых включен последовательно с соответствующим обратным диодом,3. Инвертор, содержащий шесть основных тиристо 1 ов, шунтировацных обратными диодами и соединенных с первичными обмотками трехобмоточного преобразовательного трансформатора по кольцевой схеме, причем общие точки первичных обмоток соединены со входными выводами, а также узел коммутации, отличающийся тем, что, с целью повышения вь 1 ходной мощности, указанный узел коммутации выполнен в виде индивидуальных групп коммутирующих тиристоров, подклочецных параллельно каж. дому из основных тиристоров, и состоящих из четырех коммутирующих тиристоров, соединенных в мостовую схему с разомкнутыми выводами постоянного тока и коммутирующим конденсатором в диагонали переменного тока, причем тиристоры двух противоположных плеч разомкнутого моста соединены с основными тиристорами, а двух других 5 противоположных плеч со входными выводами через реактор, имеющий вторичную обмотку, подключенную через обратный вентиль ко входным выводам.4. Инвертор по пп, 1 - 3, отличающийсятем, что в качестве упомянутого обратного вентиля использован тиристор.5, Инвертор по пп. 1 - 4, отличающийсятем, что, с целью повышения надежности кОммутации при низком входном напряжении, коммутирующие узлы подключены к от дельному источнику повышенного напряжения. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР20265254, кл, Н 02 М 7/515, 19 О.2. Авторское свидетельство СССР529532, кл, Н 02 М 7/515, 978.