Параллельный инвертор

О П И С А Н И Е942226ИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическиРеспублик) Дополнительное к авт, свнд-ву. 82, бюллетень е делам аеерете открытй Опубликован ования описания 1007 та опу(7) Заявител 54) ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ ИНВЕРТОР двух щени Изобретение относится к области преобразователей энергии постоянного тока на входе в энергию переменного тока на выходе с помощью тиристорных инверторов, у которых коммутирующая емкость подключена парал 5 лельно нагрузке, и может быть использовано в качестве источника перемен-. ного тока регулируемой частоты с прямоугольной формой выходного сигнала.Известен параллельный инвертор мос тового типа с нагрузкой в диагонали моста, содержащий тиристоры, диоды, а также коммутирующий конденсатор 1 индуктивность, выполненную в видемногообмоточных дросселей насыя 1.Такой инвертор позволяет получить устойчивое инвертирование в определенном диапазоне нагрузок и прямо- го угольную форму напряжения на выходе. К недостаткам его следует отнести разрывность выходного сигнала, что приводит к снижению энергетических возможностей за счет падающей выход- ной характеристики в функции частоты и, как следствие, к ограничению частотного диапазона.Недостатком этого инвертора является также сложность конструкции, а именно наличие двух самостоятельных источников заряда коммутирующего конденсатора, а также необходимость введения вспомогательных тиристоров, .ус" тановленных в целях коммутации.Наиболее близким является параллельный тиристорный инвертор, содержащий коммутирующие элементы с индук:тивностью и конденсатором, подключен" ным между смежными плечами моста и отделенными диодами от выходных клемм, расположенных в диагонали моста и непосредственно связанных с диода ми 12.Недостатком инвертора является то, что время приложения обратного напрякения к выключаемым тиристором, а также форма выходного напряжения за3 9"висит от нагрузки. Это также приводитк снижению энергетических возможностей за счет падающей выходной характеристики и функции частоты и нагрузки.Кроме того, такой инвертор чувствителен к характеру нагрузки и изменение характера нагрузки в процессе работы может привести к потереустойчивости, что неудобно в эксплуатации.Цель изобретения - улучшениеэнергетических показателей,Поставленная цель достигается тем,что инвертор, содержащий подключенный к источнику питания тиристорныймост, последовательно с тиристорамикоторого включен индуктивный элемент, соединенный в анодных плечахмоста последовательно с отсекающимидиодами, катоды которых соединены свыходными выводами, причем междукатодами тиристоров укаэанных аноднцх плеч включен коммутирующий конденсатор, а также два диода рекуперации, снабжен дополнительным источником питания, а индуктивный элементвыполнен й виде двух пятиобмоточныхдросселей насыщения, три основныхобмотки каждого иэ которых соединенысогласно и включены две в сиНЦазныеплечи моста, третья последовательно с коммутирующим конденсатором,четвертая обмотка рекуперации - последовательно с диодом рекуперации,а пятая обмотка смещения подключенак дополнительному источнику питания.Инвертор обеспечивает повышениеэнергетической эффективности за счетполучения жесткой выходной характеристики в функции нагрузки и частоты,а также обладает улучшенными эксплу.- атационными свойствами, так как нечувствителен к характеру нагрузкии резкому ее изменению по величине.На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства; на фиг.2 временные диаграммы напряжений наэлементах инвертора; на фиг. 3 - характеристика намагничивания материала сердечников,Устройство включает источник 1постоянного напряжения сети с величиной напряжения, равной Е, тиристоры 2-5, коммутирующий конденса тор 6, линейный дроссель (индуктив"ность) 7, дополнительный источник 8смещения, диоды 9 и 10 рекуперации,отсекающие диоды 11 и 12, нагрузку Исходное состояние схемы.4 ОВ цепи источник 8 - индуктивность7 - обмотки 22, 27 протекает ток смещения указанного направления (фиг, 1).Сердечники 16 и 17 насыщены под влиянием тока смещения и рабочая точкаих о 1 зределяется точкой 1 (фиг. 3).4Величина индуктивности 7 достаточна для обеспечения постоянства токасмещения (режим вынужденного намагничивания) см 1 аа = 1 смыхНапряжение на конденсаторе б рав- О но нулю.Схема работает следующим образом.С подачи запускающих импульсовна тиристоры 4 и 5 в момент времениСд(фиг. 2) начинается заряд коммути рующего конденсатора 6.Конденсатор заряжается по цепи1-4-23-6- 18- 19-11-25-5- 1,Рассматриваем эту цепь. 2226 413 вцходные выводы 14 и 15 серд цники 16 и 17 дросселей насыщения.Обмотки дросселя насыщения, располо-,женные на сердечнике 16, включаютосновные обмотки 18-20, обмотку 21рекуперации, обмотку 22 смещения, аобмотки дросселя насыщения, расположенные на сердечнике 17, включаюттакже основные обмотки 23-25, обмот 16 ку 26 рекуперации, обмотку 27 смещения. Начала обмоток обозначены точками.Иатериал сердечников 16 и 17 магнитомягкий с прямоугольной формой1 петли гистерезиса,Временные диаграммы напряженийна элементах инвертора (фиг. 2)представляют собой напряжения О- натиристорах 4 и 5, О - на тиристо 2 о рах 2 и 3, 4 - на конденсаторе 6,на нагрузке 13, 3 - на обмотках19, 20 (18, 21, 22) С - на обмотках24, 25 (23, 26, 27).За положительное значение напряже 2 ний принято: на обмотках - напряжение,положительный знак которого приложенк началу обмотки, на тиристорах -напряжение на анодах, на конденсаторах - полярность, полученная при заза ряде через тиристоры 4 и 5.При анализе схемы обозначены Ы,"яД Дгл "2 л. "гъ "г 4 жЫ, Ид - числа витков соответствующих обмоток.Для простоты изложения примем,что Ч И,р .о 1 гз 1 г 4 а 24 262 И 1 В.5 9422Обмотки Чи Ч сердечника 17 включены встречно по отношению друг к другу, магнитные поля, созданныетоком заряда конденсатора 6, протекающим через эти обмотки, взаимно 5 компенсируют друг друга и,следовательно, эти обмотки в заряде конденсатора 6 участия не принимают. Так как обмотки Ч,1 и Ч включены встречно по отношению к обмотке сие щения Чл, то напряжение сети в момент времени й скацкои прикладывается к этим обмоткам, причем напряжение обиотки 19 вычитается из прямого напряжения, приложенного к за" крытому тиристору 2, а напряжение обмотки 20 вычитается из прямого напряжения, приложенного к закрытому тиристору 3. Рабочая тонка сердечника 16 переиещается иэ положения 1 2 в в положение 1 11, сердечник выходит из насыщения. Так как. дроссели насыщения находятся в режиме вынужденного намагничивания, то ток заряда конденсатора 6 постоянен по величи- э не и определяется как1 ЧВ ф ЧТакии образом, при условии, что зв киЖ , магнитное состояние сердечника 17 удерживается ампервиткавае смещения в положении 1, т.е. сердечник остается насыщенныи.При величине сопротивления нагрузки, не равном бесконечности, ток нагрузки протекает по цепи 1-4-24- -12-15-13-14-25-5.Под влиянием тока нагрузки, протекающего по обмоткам 24 и 25, создаются ампервитки, противоположные по знаку ампервиткам сиещения, стремящиеся вывести сердечник 17 из насыщения. Однако при соблюдении условия 1 н(ЧЧ)1 Ч-р Рабочая и точка сердецника 17 располагается между точками 1 и 111, следовательносердечник 17 остается насыщенным и не влияет. на работу схемы. Напряжение на нагрузке равно напряжению питания и равно Е (фиг. 2 С).В иомент времени й напряжение на конденсаторе 6 равное Е. Напряжение на обмотках 18-20 равно нулю. Вели" чина индукции сердечника 16 определяется точкой, расположенной Между тоцкаии 11 и 1 Ч (фиг. 3).В интер" вале С -йсердечник 16 перемагни" чивается йод влиянием ампервитков 26всмещения и в иомент времени В возвращается в исходное состояниегочка 1.В перид с 4 -Ва напряжение обмоток 19 и 20 является положительныи по отношению к тиристорам 2 и 3. К моменту вреиени 11 конденсатор 6 заряжается до +2 Е и сохраняет это зна" чение до следующего коммутационного интервала, так как диод 11 исключа; ет разряд конденсатора 6 на нагрузку 13.В интервале времени й-й у ток в нагрузку 13 поступает по одной и той же цепи, причем напряжение на нагрузке 13 постоянно и равно Е.8 момент вреиени с включают вторую .пару тиристоров 2 и 3.Напряжение на нагрузке 13, сохраняя свою величину, скачком меняет полярность, при этом ток в нагрузку 13 начинает поступать по цепи 1-2-19- -11-14-1 3- 15-20-3-1.Все процессы протекают аналогично описанным выев с той разницей, что конденсатор б заряжается не с нулевых начаювнах условий, а переэаряжается с напряжения +2 Е до напряжения -2 Е. Напряжение перезаряда конденсатора 6 ограничено обмоткой рекуперщмм и прм условии, что Ч -Я с (Ч +Ч)= (Ч . +Ч), ме превы ает 2 Е.При включении тиристоров 2 и 3, ток перезаряда конденсатора 6 определяется обиотками 23 и 24.При этом к обмоткам 23 и 24 прикладывается напряжение, равное сумме напряжений сети и конденсатора, т.е.3 Е. Так как принято, что Ч-ЧфЦ; то на обмотках 24 и 25 выделяется напряжение, равное 1,5 Е, отрицательное по отноаению к открытым тиристорам 4 и 5. Так как напряжение сети равно Е, то в итоге к тиристорам 4 и 5 прикладывается запирающее напряжение 0,5 Е3Вреия приложения обратного напряжения определяется интервалом С,-, т,е временем разряда конденсатора 6 с напряжения +2 Е до напряжения +Е. За это время тиристоры 4 и 5 запираются.Иаксииальной величины индукции сер дечник 17 достигает в момент времени й, причем на Фиг. 3 это состояние сердечника 17 характеризуется точ"кой 1 Ч. В интервале С-йт сердечник922 формула изобретения 17 перемагничивается ампервитками смещения и к моменту й возвращается в положениепричем уровень напряжения на обмотках 23-25 определяется обмОткой 26 и в нашем случаесоответствует величине Ь/4. Обмотка 26 вступает в работу в момент времени 1 после того, как отпирается диод 10. Окончание периода ,коммутации соответствует моменту Ь.оНачиная с второго такта процесс периодически повторяется.Равенство всех рабочих витков не является обязательным условием работы инвертора, однако целесообразно 5 из условия получения максимального тока в нагрузке. Параллельный инвертор, содержащий подключенный к источнику питания тиристорный мост, последовательно с тиристорами которого включен индуктивз ный элемент, соединенный в анодных плечах моста последовательно с отсекающими диодами, катоды которых 26 8соединены с выходными выводами, причем между катодами тиристоров указанных анодных плеч включен коммутирующий конденсатор, а также двадиода рекуперации, о т л и ч а ю -.щ и й с я тем, что, с целью улуч.шения энергетических показателей,1он снабжен дополнительным источником питания, а индуктивный элементвыполнен в виде двух пятиобмоточныхдросселей насыщения,три основныхобмотки каждого из которых соединенысогласно и включены две в синфазныеплечи моста, третья последовательно с коммутирующим конденсатором,четвертая обмотка рекуперации - последовательно с диодом рекуперации,а пятая обмотка смещения подключенак дополнительному источнику питания,Источники информации,принятые во внимание при экспертизеГлазенко Т.Д, Полупроводниковые преобразователи в электроприводах постоянного тока. Л., "Энергия",1973, с. 285, рис. 5-9.2, Чиженко И.И. и др. Основы преобразовательной техники. И., нВысшая школа", 1971, с. 268, рис. 8.366.