Инвертор

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 2 М 7/515 1;т 5 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Научно-исследовательский, проектнконструкторский и технологический инсттут тяжелого электромашиностроениХарьковского завода "Электротяжмашпим. В.И. Ленина(56) Авторское свидетельство СССРМ 1141539, кл. Н 02 М 7/155, 1986.Авторское свидетельство СССРФ 103333, кл. Н 02 М 7/515, 1977.Заявка Японии Ь 51-.32207,кл. Н 02 М 7/515, 1976.Авторское свидетельство СССРВ 1504767, кл. Н 02. М 7/515, 1987. Ж 158 О 510 А 1(57) Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано в тяговом электроприводе с асинхронными короткоэамкнутыми электродвигателями, Целью является улучшение массогабаритных показателей. Инвертор содержит тиристоры 1 - 6 главного моста, тиристоры 13 - 18 обоатного моста и тиристоры 7-12 распределительного моста, Элементы 19 - 28 образуют два блока принудительной коммутации. Благодаря введенным пороговым датчикам 39 и 40 напряжения коммутационных конденсаторов 19 и 20 и соответствующей логике работы, реализуемой блоком управления 32-42, обеспечивается адаптианыд характер подааряда коммутационных конденсаторов. 8 ил.асинхронными короткозамкнутыми э;,ектродвигателями, 5Целью изобретения является улучшение массогабаритных показателей,На фиг. 1 изображена принципиальная :хема предлагаемого инвертора; на фиг. 2 = временные диаграммы импульсов, на 10 фиг. 3 - известная схема блока задержек и ,схема соединения элементов, реализующих логическую функцию "Запрет", с элементами, общими для формирователей импульсов включения обратных управляемых вентилей 15 и главных тиристоров; на фиг, 4 - схема соединений элементов собственно формирователя импульсов включения главных тиристоров; на фиг, 5 - схема соединений 20 ЗО Изобретение относится к преобразовательной технике, используемой преимущественно в тяговом электроприводе с собственно формирователя импульсов включения обратных управляемых вентилей; на Фиг. 6 - схема формирователя импульсов управления коммутационными запираемыми тиристорами; на фиг. 7 - упрощенная схема усилителя импульсов управления запираемыми тиристорами; на фиг. 8 - временные диаграммы, иллюстрирующие работу схем на фиг. б и 7.Схема инвертора фиг. 1) содержит мост главных тиристоров 1 - .6, мост распределительных тиристоров 7 - 12 и мост обратных управляемых вентилей 13-18. Все мосты соединены между собой на стороне переменного тока. Разноименные полюса мостов главных тиристоров,1-6 и обратных управляемых вентилей 13-18 соединены между собой, Коммутационные конденсаторы 19, 20 и коммутационные запираемые по управлению тиристоры 21, 22 образуют две последовательные цепочки, включенные между разноименными полюсами постоянного тока мостов главных 1-6 и распределительных 7 - 12 тиристоров.Встречно-параллельно коммутационным тиристорам 21 и 22 включены зарядные диоды 23 и 24 соответственно. Вспомогательные источники 25 и 26 через дозарядные тиристорц 27 и 28 соответственно подключены к коммутационным конденсаторам 19 и 20. Напряжение источников 25 и 26 стабильно. Разделительный диод 29 включен между полюсами моста распределительнцх тиристоров 7-12, Источник 30 питания инвертора подключен к полюсам мостов главных 1-6 и обратных 13-18 тиристоров. Величина напряжения источника ЗО питания может изменяться в широких пределах. Принято, что источник 30 обладает обратной проводимостью. В тяговом электроприводе тепловоза в качестве источника 30 питания используется система главный синхронный генератор - выпрямитель - емксстный фильтр, в качестве вспомогательных источников 25 и 26 используется система вспомогательный синхронный генератор - разделительный трансформатор с двумя вторичными обмотками, от которых питаются двз диодных вы оямителя, Нагрузка 31 подключена к фазам мостов главных 1-6 и распределительных 7-12 тиристороа и обратных вентилей 13-18, На тепловозе такой нагрузкой являются асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором.Система управления инвертором содержит задатчик 32 частоты, управляемый сигналом Оу, поступа.ащим от системы регулирования электропривода, Выходной сигнал Ог задатчика 32 поступает на входы распределителя 33 и блока 34 задержки, выходные сигналы О и С которых поступают на входы формирователей 35-38 импульсов включения и отключения тиристоров, Датчики 39 и 40 уровня напряжения подключены соответственно к коммутационным конденсаторам 19 и 20. Выходные сигналы 019 020 датчиков 39 и 40 соответственно имеют код логической единицы при напряжении на конденсаторах 19 и 20, соответственно равном или большем заданного уровня, и коде логического ноля при напряжении на конденсаторах, меньшем заданного уровня, Задаваемый. уровень напряжения на коммутационном конденса торе, при котором срабатывает датчик, принят более напряжения вспомогательных источников 25 и 26 дозаряда, Элементы 41 и 42, реализующие логическую функцию "Запрет", своими разрешающими входами 0 подключены к выходу канала задержки 83включения обратных управляемых вентилей олока 34 задержек, а запрещающими входами подключены к выходам датчиков 39 и 40 соответственно, Входы элементов 41 и 42 5 соединены с входами формирователей 37 и38 импульсов включения обратных управляемых вентилей 13-18, дозарядных тиристоров 27 и 28, главных тиристоров 1-6.Инвертор работает следующим обра- О зом.Задатчик ."2 частоты вырабатывает синхронизирующие сигналы Ог, частота следования которых изменяется в зависимости от управляющего сигнала Оу, Распределитель 5 33 выдаст серии сигналоа 01-6 и 07-12, сдвинутых друг относительно друга на время Тб с периодом повторения Т = 1 Л, где 1 - частота выходного на 1 ряжения инвертора, Сигналы О 7-и усиливаются Формирователем 35, выходные импульсы которого Р 7-25 10 15 20 30 40 45 50 55 подаются на управляющие электроды распределительных тиристоров 7 - 12 соответственно. Блок 34 вырабатывает серию сигналов Ов, Оо, Оз, следующих друг за другом с заданными временами задержки. Длительность т сигналов Ов определяет задержку включения коммутационных запираемых тиристоров 21 и 22 от моментов включения распределительных тиристоров 7-12, Длительность 1 о сигналов Оо определяет задержку отключения коммутационных запираемых тиоисторов от момента их включения, т.е. определяет время, отводимое схемой на отключение главных тиристоров. Длительность тз сигналов Оз определяет расчетную задержку на включение обратных управляемых вентилей 13 - 18 после отключения соответствующих коммутационных запираемых тиристоров 21 и 22. Истинная задержка Ь включения обратных управляемых вентилей определяется моментом, когда напряжение на соответствующем коммутационном конденсаторе 19 или 20 достигает заданного уровня и срабатывает датчик 39 и 40, выходной сигнал которого блокирует дальнейшее прохождение сигнала О при помощи элементов 41 и 42, выполняющих логическую функцию "Запрет". Выходные сигналы Оз и Оэ элементов 41 и 42, выходные сигналы 01-в распределителя . 33 и выходные сигналы О, О блока 34 задержки подаются на входы формирователей 36 - 38 импульсов управления вентилями, Последовательность включения и отключения вентилей инвертора задается программой, представленной на фиг. 2,Процессы коммутации вентилей идентичны на каждом интервале и повторяются с периодом Т/6 . Рассмотрим одиниз них, начиная с момента Т/2 (фиг. 2),В момент Т/2 снимается импульс включения главного . тиристора 1 и включаетсяраспределительный тиристор 7, подготавливая тем самым цепь отключения главного тиристора 1. С задержкой ь включается коммутационный тиристор 21 и начинается разряд коммутационного конденсатора по цепи конденсатор 19 - диод 29- распределительный тиристор 7 - главный тиристор 1 - коммутационный тиристор 21 - конденсатор 19. Напряжение на конден. саторе 19 снижается ниже заданного уровня, вследствие чего выходной сигнал О д датчика 39 становится равным нулю, Разрядный ток конденсатора 19 вытесняет ток нагрузки иэ главного тиристора 1 и последний отключается. Коммутируемый ток нагрузки протекает по цепи источник 30 - тиристор 21 - конденсатор 19 - диод 29 -гиристор 7 - нагрузка 31 - тиристор 2 - источник 30, По истечении времени т отключается по управлению коммутационный тиристор 21, Коммутируемый ток нагрузки замыкается по цепи конденсатор 20 - тиристор 7 - нагрузка 31 - тиристор 2 - диод 24 - конденсатор 20, При этом конденсатор 20 заряжается и, когда напряжение на нем достигает заданного уровня, срабатывает датчик 40 и выдает сигнал Ого, который подается на запрещающий вход элемента 42, вследствие чего прекращается прохождение сигнала Оэ Сформированный таким образом сигнал О является истинной задержкой включения очередного обратного управляемого вентиля 13, По окончании сигнала Оз формирователи 37 и 38 вырабаЛтывают импульсы Г 4, Р 1 з, Егв включения вентилей 4, 13 и 28 соответственно, Поскольку напряжение вспомогательного источника 26 меньше заданного уровня напряжения на конденсаторе 20, включение дозарядного тиристора 28 не приводит к изменению уровня напряжения на коммутационном конденсаторе 20. Поскольку в реальной схеме источник 26 содержит на выходе выпрямитель, включение дозарядного тиристора 28, к которому приложено обратное напряжение, равное разности напряжений на конденсаторе 20 и источнике 26, остается без последствий и цля самого тиристора 28. Реактивный ток нагрузки замыкается по цепи обратный управляемый вентиль 13 - нагрузка 31 - главный тиристор 2 - вентиль 13 до тех пор, пока ток не спадетдо нуля, после чего тиристор 13 отключается, ток нагрузки в коммутируемой фазе изменяет направле- ние и протекает через главный тиристор 4.На фиг. 3 - 7 показаны узлы практически реализованной системы управления инвертором.На фиг, 3 элементы 43-45 (одновибраторы) образуют блок задержек (поз, 34, фиг.1), элементы 46-48 и 49-51(четыре элемента 2 И - НЕ) образуют элементы ЗАПРЕТ (поз.41 и 42, фиг. 1), элементы 52 и 53 (четыре элемента 2 ИЛИ) и 54, 55 (четыре элемента 2 ИЛИ - НЕ) выполняют суммирование задержек - ЧОь а элементы 56 и 57 (одновибраторы) формируют сигналы Ои и Ои,1 П задержанные на время и или тз после отключения коммутационных запираемых тиристоров,Схема собственно формирователя импуЛьсов (фиг. 4) включения главных тиристоров 1 - 6 содержит элементы 58 - 60 (два коммутатора четырех входов на один выход) и усилители сигналов 61 - 66, построенные на базе известных схем.Схема собственно формирователя импульсов фиг. 5) включения обратных управляемых вентилей 13-18 и дозаряднцх тиристаров 27 и 28 содержит элементы 67- 69 два коммутатора четцрех входов на один выход), элементы 70-73 (четыре элемента 2 ИЛ И), вь 1 полняющие суммирование сигна- ЛОВ, и усилители 74 - 81 сигналов.Схема формирователя импульсов управления фиг. 6) коммутационными эапира; емыми тиристарами 21 и 22 поэ, 36, фиг, 1) содержит элемент 82 (элемент 2-2-2-3 И 4 ИЛИ-ИЕ) и элемент 83 (четыре элемена 2 ИЛИ - НЕ), Выявляющие интервалы совпадения и несовпадения сигналов О 1, Оэ, О 5, Злементы 84 и 85 (ОЦнавибрэтары) фармиру ат сигналы Св и 60 соответственно, которые задают длительность импульсов Включения и отключения запираемых тиристарав. Распределение и преобразование сигналов ЧО 1,эЛ, И.1,35;68 и (3 асуществляетсЯ1при помощи элементов 86 - 93 четыре элемента 2 И и четыре элемента 2 ИЛИ), в результате чего вырабатцваются две серии сигналов О 21 и О 22 Для управления усили 1талями 94 и 95 сигналов, которые вырабатывают импульсы Р 21 и Е 22 соответственнаНа фиг, 7 приведена известная схемаусилителя импульсов управления запираемым тиристорам поз. 94, 95 на фиг, 6). Источник 96 питания подключен к трансформаторам 97 и 98 через транзисторы 99-102 и резистор 103. Выходные обмотки трансформаторов 97 и 98 через формирующие цепочки подсоединяатся к упаавляющим электродам запираемого тиристора 104. Формирующие цепочки содержат тиристор 105, диоды 106 и 107, резисторы 108 - 111 и конденсатор 112,Работу схемы формирователя импульсов упраВления коммутационными тиристарами фиг. 6) совместно с усилителями (фиг. 7) иллюстрируют диаграммы на фиг. 6, С задержкой на время Ь вырабатываются сигналы О ( = 21, 22), который включает транзистор 99, и О", который включает транзистор 100, в результате чего формируется положительный импульс включения запираемого тиристора, По окончании сигнала Отранзистор 99 отключается,транзистор 100 остается включенным, благодаря чему запираемый тиристар поддерживается во включенном состоянии, ПО окончании сигнала О транзистор 100 от ключается, вырабатываются сигналы О, и,В 1О, которце включают транзисторы 101 и 1 02 соответственно, а также тиристор 104, в результате чего формируется отрицательный импульс отключения запираемого тири- стара. По окончании сигнала О50 тацианнага конденсатора, эашунтираванного управляемым источникам даэаряда, и коммутационного запираемого тиристара, эашунтированнаго встречно включенным зарядньм диодом, блок управления, включающий в себя последовательно связанные, между собой эадатчик частоты, распределитель импульсов и формирователи импульсов Включения и отключения коммутационных тиристоров и тиристоров главного, обратнога и распределительного мостов, а также 15 20 25 30 35 40 транзистор 101 атклачается, транзистор02 Остается Включенным, благодаря чему запираемый тиристар поддерживается в от- КлгаЧ 8 ННОМ СОСТОЯНИИ И Т,Д.Даэаряда каммутациа гных конденсаторов ат вспомогательного источника не про- исходит в нормальном длительном режиме рабаты электрапривада. О Вспомогательного источника мощность .-;Отребляется талька при пуско инвертора для первонаальнага однократного заряда каммутаиианных конденсаторов. Потребность Ва Вспомогательном источнике может также возникнуть при нарушсниях нормальной рабаты электрапривада, например при резком сбросе и Восстановлении нагрузки, совпадающих по Времени с коммутационными процессами. Зпизодическое потребление мощности От Вспомогательного источникапозволяет снизить его массу и абьем. Так, в известном инвортаре мощность ВспомогательОга источника саставля 8 т Ориентировочна 0,4% установленной мОЩЯОсти инвертоаа, ч 1 О дает 0,7;4 абьема вспомогательного оборудования ат абьема активных частей инвертора. Предлагаемое техническое решение позволяет снизить обьем Вспомогательного Оборудования даэаряда да 0,3;ь абьема, Дополнительный эффект от использования изобретения заключается в павьшении надежности рабоы инвертара благодаря исключению зависимости работоспособности инвертара ат состояния источника даэаряда,Формула изобретения Инвертар, садержаший ос лавных и обратных тиристоров, соединенные между собой сООтветственна ВЫВОдами переменнага и постаяннога така, зашунтиронанный разделительным диодам по Выводам пастаяннага тока мост распределительных тиристаров, соединенный по вцВадам переменнага тока с главным и обратным мостами, включенные между разноименными па полярности выводами постоянного тока главнага и распределительного мостов коммутационные цепочки в Виде последовательна соединенных комму 158050 МОблок соответствующих задержек включения и отключения коммутационных тиристоров и тиристоров главного и обратного мостов, включенный между задатчиком частоты и соответствующими формирователями импульсов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей, он снабжен пороговыми датчиками уровня напряжения иа коммутационных конденсаторах и подключенными к их выходам злементами, выполняющими логическую функцию "Запрет" задержки 5 включения тиристоров обратного и главногомостов при превышении напряжением на коммутационных конденсаторах заданного уровня,Заказ 2020 Тираж 501 Подписное.ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 НТ ССС Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10