Инвертор для преобразования постоянного напряжения в одноили многофазное переменное напряжение с защитой

СОЮЗ СОВЕТСКИСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 67 в 12 ц 4 Н 02 Н 71 й, 3Е НИЯ САНИЕ АТЕН к Вф ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Вилламошипари Кутато Интезет (НП)(56) Патент Швеции У 365915,кл. Н 02 М 1/18, 1974Патент США У 3654541,л, Н 02 М 1/18, 1972,(54) ИНВЕРТОР ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ.ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ОДНО- ИЛ 1МНОГОФАЗНОЕ ПЕРЕМЕННОЕ НАПРЯЖЕНИРС ЗАЦИТОй(57) Изобретение относится к об ласти электротехники и может быть использовано в инверторах для преобразования постоянного напряжения в одно или многофазное переменное напряжение с защитой. Цель изобретения - повышение надежности и упрощение. устройства. Инвертор содержит по крайней мере два полумоста 1, 2, включенных между входными выводами 3 .для подключения источника постоянного напряжения, Полумосты 1, 2 состоят из последовательно соединенныхмежду вывьдами 3 для, подключения источника постоянного напряжения, снаб.жен средним выходным выводом 4 и включает в себя последовательно сое диненные плечи 5 и 6, которые снабжены начальными 7 и 8 и концевыми 9 и 10 полюсными зажимами. Первый полу- мост 1 содержит в каждом плече 5 и 6 один тиристор 11 и 2, блок 13 контроля закрытого состояния тиристоров, включающий в себя датчики 14 и 15 состояния тиристоров, входные выводы 16 и 17 каждого из которых подключены к начальному и концевому полюсным зажимам каждого из двух последовательно включенных плеч 5 и 6 первого полумоста 1, блок 18 управления, включающий в себя генератор 19 тактовых импульсов, имеющий выходные зажимы 20 по числу фаз, регулятор 21 тока и узел 22 формирования импульсов управления тиристорами , блок 23 принудительной коммутации, первым и вторым входами подключенный к первому 24 и второму 25 выходам блока 18 12452 плеч 5, 6 и снабжены средними выходными выводами 4, Плечи 5, 6 снабжены начальными 7, 8 и концевыми 9, 10 полюсными зажимами. По крайней мере один из полумостон содержит в плечах один из тиристоров 11, 12, блок контроля закрытого состояния тиристоров (БКЗСТ) 13 и блок упранления (БУ) 18, БКЗСТ 13 включает датчики состояния тиристоров, входные выводы каждого из которых подключены к начальному 7 (81 и концевому 9 (10) полюсным зажимам. БУ 18 включает генератор тактовых импульсов (ГТИ) с выходными зажимами по числу фаз, регулятор тока и узел формирования импульсов управления тиристорами (УФИУТ). В иннертор введен также блок принудительной комИзобретение относится к электротехнике, а именно к силовой преобразовательной технике, и может быть использовано в инверторах для преобразования постоянного напряжения в одно- или многофазное переменное напряжение с защитой.Цель изобретения - повышение надежности и упрощение устройства,На фиг. 1 представлена функциональная схема инвертора для преобразования постоянного напряжения в одно- или многофаэное переменное напряжение с защитой; на фиг. 2 - пример выполнения инвертора ,с несколькими последовательно включенными тиристорами н каждом плече моста; на фиг. 3 - схема блока контроля состояния тиристоров; на фиг. 4 - схема блока принудительной коммутации; на фиг. 5 и 6 - схемы соединения блока; принудительной коммутации с нагрузкой; на фиг. 7 - схема инвертора, второй полумост которого содержит конденсаторы. Инвертор для преобразования постоянного напряжения в одно- или многофаэное переменное напряжение с защитой, выполненный по мостовой схеме, содержит по крайней мере 1 и 2 полу- мосты, каждый из которых включен 67мутации 23, включенный между выхода- фми 24, 25 БУ 8 и средними выводами 4 полумостов 1, 2. БКЗСТ 13 снабжен элементом совпадения, входамисоединенным с выходами датчиков состояния тиристоров, ГГИ и регуляторатока, а выходом - с входом УФИУТ.Вход регулятора тока подключен квыходу ГТИ. Благодаря запрещению отпирания всех тиристоров предотвращащается недопустимая нагрузка напряжением на неповрежденный тиристор ивозможное пробивное короткое замыкание плеча полумоста, В инвертореобеспечивается синхронная работаБКЗСТ 13 и блока принудительной коммутации 23, введение которого упрощает соединения между инвертором инагрузкой 44. 5 э.п. ф-лы.ил. управления, а выходом - к среднимвыходным выводам полумостов, блок 13контроля закрытого состояния тиристорон снабжен элементом 26 совпадения, первый вход 27 которого подключен и выходу 28 и 29 датчиков 141 О Второй полумост 2 содержит в каждом плече 5 и 6 по крайней мере один конденсатор 45 и 46, а блок 47 контроля отклонения уровня напряжения от заданного одним входом 48 соединен с одним из выводов 3 для подключения источника постоянного напряжения, другим входом 49 соединен со средним выходным выводом 4 второго полумоста 2, а выходом 50 соединен с первым входом блока 13 контроля закрытого состояния тиристоров. 50 и 15 состояния тиристоров, второй вход 30 подключен к выходу 20 генератора 19 тактовых импульсов, третий вход 31 подключен к выходу 32 регулятора 21 тока, вход которого подключен.к выходу 20 генератора 19 тактовых импульсов, а выход 33 элемента 26 совпадения подключен к входу 34 узла 22 формирования импульсов управления тиристорами.Дополнительно каждое из двух последовательно соединенных плеч 5 и 6 первого полумоста 1 содержит несколько тиристоров 11 и 12, включенных последовательно. Блок 13 контроля закрытого состояния тиристоров снабжен соответствующим количеством датчиков 14 и 15 состояния тиристоров, вход 16 и 17 каждого иэ которых подключен параллельно соответствующему тиристору 11 и 12, а выходы - к соответствующим дополнительно введенным входам элемента 26 совпадения.Блок 23 принудительной коммутации содержит трансформатор 35, включающий в себя первичную обмотку 36 и по крайней мере одну вторичную обмотку 37. Первичная обмотка 36 включена между средними выходными выводами 4 первого 1 и второго 2 по- ЗО лумостов, а вторичная обмотка 3 соединена с узлом 38 коммутации, состоящим из последовательно соединенных дросселя 39, конденсатора 40 и встречно-параллельно включенных 35 вспомогательных тиристоров 41.и 42, управляющие электроды которых йспользованы в качестве входов блока 23 принудительной коммутации. Трансформатор 35 блока 23 принудительной ком мутации может содержать дополнительную вторичную обмотку 43, выводы которой могут быть использованы в качестве выходных выводов для подключения нагрузки 44. 45 Инвертор работает следуюшим образом. Блок 13 контроля закрытого состояния тиристоров выполнен таким образом, что, если два поспедовательновключенных управляемых плеча 5 и 6(фиг, 1) заперты в направлении проводимости (т.е. плечи 5 и 6 задерживают проводимость) то блок 13 выдаетблоку 18 управления команду для отпирания тиристоров 11 и 12, под действием которой блок 18 управления выдает стоящим на очереди в линии тиристорам 11 и 12 команду отпирания.Если одно из плеч 5 и 6 должно бытьв направлении проводимости в проводящем состоянии, то блок 13 контролязакрытого состояния тиристоров черезблок 18 управления запрещает отпирание тиристоров 11 и 12, запертых внаправлении проводимости плеч 5 и 6.Блик 13 контроля закрытого состояниятиристоров может осуществлять эффективный контроль только в том случае,если принудительная коммутация тиристоров 11 и 12 осуществляется независимо от отпирания тиристоров, т.е.прекращение проводимости проводящеготока тиристора 11 посредством принудительной коммутации не зависит ототпирания тиристора 12. Поэтому инвертор .снабжен независимым от тиристора 11 и 12 блоком 23 принудительной коммутации, который управляетсяблоком 18 управления синхронно ссигналом по меньшей мере одного выходного зажима 20 генератора 19 тактовых импульсов. По этой фпричинеблок 18 управления снабжен выходами 24 и 25, выдающими в полупериодахС)раздельно по фазе, изменяющую электрический уровень сигнала, находящуюся по отношению друг к другу в противофазе команду запирания,Напряжение запирания тиристоров 11и 12 управляемых плеч 5 и 6 моста внаправлении проводимости значительновыше, чем возникающее в электрической цепи падение напряжения в направлении проводимости. Запертое состояние обоих тиристоров 11 и 12 в направлении проводимости указывает нанадежность плеч 5 и 6 моста инвертора с мостовой схемой, Ни открытоесостояние одного тиристора, ни запертое состояние другого в направлении проводимости обоих тиристоров 11и 12 не указывает на ошибки, еслиблок 23 принудительной коммутации способен под воздействием запирающейкоманды выходов 24 и 25 прекращатьпроводимость проводящего тиристораЕсли прекращения не происходит, топроводящее состояние одного тиристора и запертое состояние другого внаправлении проводимости указывает 1 Она ошибку, в этом случае блок 13контроля закрытого состояния тиристоров запрещает дальнейшую работу инвертора.Когда полумост 1 содержит в последовательно включенных управляемыхплечах 5 и 6 по нескольку тиристоров 11 и 12 при одном, задерживающемпроводимость, запертом в направлениипроводимости состоянии всех тиристоров 11 и 12, последовательно включенных обоих управляемых плеч 5 и 6 моста, блок 13 контроля закрытого сос"тояния тиристоров выдает блоку 1825управления команду для отпираниястоящих на очереди тиристоров 11 или12. Если один из тиристоров 11 и 12находится в направлении проводимостив проводящем состоянии, то блок 13контроля закрытого состояния тиристоров запрещает через блок 18 управления,отпирание запертого в направлениипроводимости плеч 5 и 6 моста. Есливеличина напряжения питания требуетналичия нескольких тиристоров в от- З 5дельных плечах моста, то при безуспешном запирании или повреждении какого-либо тиристора 11 или 12 или недостаточной запираемости в направлении провоцимости блок 13 контроля фзакрытого состояния тиристоров предотвращает недопустимую нагрузкунапряжением неповрежденного тиристора в направлении проводимости и возможное пробивное короткое замыканиеплеча моста тем, что запрещается отпирание всех тиристоров, вследствиечего входное постоянное напряжениепопадает как на тиристоры неповрежденного плеча моста, так и на неповрежденные тиристоры поврежденного плеча моста (фиг. 2),Ка выходах 28 и 29 датчиков 14и 15 состояния тиристсров (фиг. 3)меняется логический уровень сигнала 55при изменении состояния тиристоров 11и 12. Этот сигнал поступает на вход 27элемента 26 совпадения. На выходе 33 элемента 26 совпадения при утствуетсигнал в том случае, когда датчики 14или 15 состояния тиристоров регистрируют запертое в направлении проводимости состояние плеч 5 и 6 моста ичерез выходы 28 и 29 подают соответствующий сигнал на вход 27, на входе 31 присутствует сигнал, а подан -ный на вход 30 сигнал от генератора 19 тактовых импульсов не отменяетразрешение на появление указанноговыходного сигнала элемента совпадения,Сигнал выхода 33 отменяется генератором 19 тактовых импульсов черезвхоц 30 при следующем чередованиитактовых импульсов, Вслед за этимблок 13 контроля закрытого состояния тиристоров контролирует неоднократно состояние управляемых плеч 5и 6 моста в направлении проводимостии, пока не поступает сигнал о запертом состоянии в направлении проводимости, запрещается управление плечами 5 и 6 моста и отпирание тиристоров 11 и 12, Контроль управляемыхплеч моста и тиристоров плеч мостаинвертора с мостовой схемой в отношении проводимости и запирании, атакже остановка действия до восстановления запертых состояний могутосуществляться только тогда, когдаинвертор с целью запирания по меньшей мере одного тиристора 11 или 12управляемых плеч 5 и 6 моста путемпринудительной коммутации снабженблоком 23 принудительной коммутации,независимым от запирания тиэистора 11 или 12,Конденсатор 40 (фиг. 4) узла 38 коммутации, входящего в состав блока 23 принудительной коммутации, потребляет необхоДимую для процесса принудительной коммутации энергию через =рансформатор 35, а именно в средних выходных точках 4, посредством отпирания соответствующего полярности вспомогательного тиристора 41 или 42. Конденсатор 40 передает необходимую для запирания путем принудительной коммутации энергию при помощи отпирания соответствующего вспомогательного тиристора 41 или 42 определяемым состоящим из конденсатора 40 и последовательно включенного дросселя 39 колебательным контуром способом через трансформатор .35, срецние точки 4 назад к плечаммоста, вследствие чего запираетсяпроводящий тиристор 11 или 12. Вовремя этого процесса определяемымколебательным контуром способом ме 5няется полярность напряжения конденсатора 40, и потеря энергии возмещается трансформатором 35 в ходе отпирания соответствующего тиристора11 и 12, Предпосылка этого заклю Очается в том, что вспомагательныетиристоры 41 и 42 должны получатьдлящийся в течение полупериода сигнал отпирания, соответствующийфункциональной частоте инвертора.Для этого блок 18 управления снабжен выходами 24 и 25, выдающими вполупериодах отдельно для каждойфазы изменяющую уровень сигнала,действующую по отношению друг к ДРУгу в противофазе команду запирания.Предлагаемая схема инвертораобеспечивает синхронную работу блока 13 контроля закрытого состояниятиристоров и блока 23 принудительной коммутации, так как в момент начала принудительной коммутации генератор 19 тактовых импульсов черезодин выходной зажим 20 и вход 30 элемента 26 совпадения отменяет сигналвыхода 33 блока 13 контроля закрытого состояния тиристоров и допускаетвыдачу нового командного сигналатолько тогда, когда блок 13 контролязакрытого состояния тиристоров регистрирует запертое в направлениипроводимости состояние управляемыхплеч 5 и 6 моста. Блок 23 принудительной коммутации трансформированно отделяется от входа постоянного 40напряжения, благодаря чему рабочеенапряжение элементов узла 38 коммутации вследствие трансформированнойпередачи может выбираться самым удоб-,ным с технической и экономической,точки зрения образом. Предлагаемое выполнение блока 23 принудительной коммутации дает возможность упрощения соединения между инвертором и нагрузкой. Узел 38 ком 50 мутации блока 23 принудительной коммутации и нагрузка 44 могут параллельно соединяться с вторичной обмоткой 37 трансформатора 35, вследствие чего, трансформатор 35 может выполнять двойную задачу. Это преимущество может использоваться также в том случае, если узел коммутации 38 должен гальванически отделяться от нагрузки 44 с переменным напряжением. По этой причине трансформатор 35 (фиг. 5) снабжен дополнительной вто- ричной обмоткой 43, причем узел коммутации 38 соединен с вторичной обмоткой 37, а нагрузка 44 - с дополнительной вторичной обмоткой 43.Если в инверторе второй полумост содержит в каждом плече один конденсатор, в него вводится блок 47 контроля отклонения уровня напряжения (фиг. -7) который выполнен таким образом, что при отклонении напряжения от существующего на входах 48 и 49 уровня напряжения в любом направлении - будь это повышение или паде" ние - Функционирует как блок, изменяющий на выходе 50 логический уровень сигнала и посредством сигнала с выхода 50 выдает. команду запрета отпирания тиристоров 11 и 12, имеющихся в плечах 5 и 6 первого полу- мостаЗапрещающая отпирание команда выхода 50 может непосредственно запрещать отпирание тиристоров 11 и 12 через блок 13 контроля закрытого состояния тиристоров или через блок 18 управления. Если запирание тиристора 12 или 11 управляемого плеча 5 и 6 моста или прерывание проводимости посредством принудительной коммутации остается безуспешным, или один из тиристоров 11 и 12 теряет способность к запиранию в направлении проводимости, то блок 13 контроля закрытого состояния тиристоров запреща-. ет отпирание тиристора 11 или 12, принимающего запирающее напряжение плеча 5 или 6. Конденсаторы 45 и 46 через остающийся в проводящем состоянии тиристор 11 или 12 деактивируют формирующееся по отношению к входу постоянного напряжения запирающее напряжение. Если эта ошибка вытекает из безуспешного запирания при помощи принудительной коммутации, то прекращается проводимость остающегося в проводящем состоянии тиристора 11 или 12, как только ток падает ниже значения удерживаемого тока.Тиристор 11 или 12 принимает запирающее напряжение в направлении проводимости, вследствие чего блок 13 контроля закрытого состояния тиристоров опять начинает работать; Естнапряжение входа постоянного напряжения повышается, то блок 47 контроля отклонения уровня напряженияпрекращает работу таким образом, чтоне допускается отпирания тиристоров 11 и 12. Последние попадают взапертое состояние в направлениипроводимости, так как блок 23 принудительной коммутации прекращает проводимость проводящего в данный момент тиристора 11 или 12, В этомслучае последовательно включенные,запертые тиристоры 11 и 2 принимают повышенное постоянное напряжениевхода постоянного напряжения, чтовлечет за собой значительно болеевысокий допуск напряжения инверторас мостовой схемой по сравнению с егоэксплуатационной функцией,Формула изобретения1, Инвертор для преобразования постоянного напряжения в одно- или многофазное переменное напряжение с защитой, выполненный по мостовой схеме, содержащий по крайней мере один первый и другой второй полу- мосты, каждый из которых включен между выводами для подключения источника постоянного напряжения, снабжен средним выходным выводом и включает в себя последовательно соединенные плечи, которые снабжены начальными и концевыми полюсными зажимами, а по крайней мере один первый полумост содержит в каждом плече один тиристор, блок контроля закрытого состояния тиристоров, включающий в себя датчики состояниятиристоров, входные выводы каждого из которых подключены к начальному и концевому полюсным зажимамкаждого из двух последовательно включенных плеч по крайней мере первого полумоста, блок управления, включающий в себя генератор тактовых импульсов, имеющий выходные зажимы по числу фаз, регулятор тока и узел формирования импульсов управления тиристорами, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности и упрощения устройства, в него введен блок принудительной коммутации, первым и вторым входом подключенный к первому и второму выходам блока управления, а выходом - к средним выходным выводам полумостов, при этомблок контроля закрытого состояниятиристоров снабжен элементом совпадения, первый вход которого подключен к выходу датчиков состояния тиристоров, второй вход подключен квыходу генератора тактовых импульсов, третий вход подключен к выходу10 регулятора тока, вход которого подключен к выходу генератора тактовыхимпульсов, а выход элемента совпадения подключен к входу узла формирования импульсов управления тиристо 15 рами.2. Инвертор по п, 1, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что дополнительно каждое из двух последовательно соединенных плеч первого полумос 20 та содержит несколько тиристоров,включенных последовательно, блокконтроля закрытого состояния тиристоров снабжен соответствующим количеством датчиков состояния тиристо 25 ров, вход каждого из которых подключен параллельнс соответствующему тиристору, а выходы - к соответствующим дополнительно введенным входамэлемента совпадения,30 3. Инвертор по пп. 1, 2, о т л ич а ю щ в й с я тем, что блок принудительной коммутации содержиттрансформатор, включающий в себяпервичную обмотку и по крайней мереодну вторичную обмотку, первичнаяобмотка которого включена между средними выходными выводами первого ивторого полумостов, а вторичная обмотка соединена с узлом коммутации,щ состоящим из последовательно соединенных дросселя, конденсатора ивстречно-параллельно включенных вспомогатальных тиристоров, управляющиеэлектроды которых использованы вкачестве входов блока принудительнойкоммутации,4. Инвертор по пп. 1-3, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что выводы узла коммутации подключены к вторичной0 обмотке трансформатора блока принудительной коммутации и использованыв качестве дополнительных выходныхвыводов.5, Инвертор по пп. 1-4, о т л и 55 ч а ю щ и й с я тем, что трансформатор блока принудительной коммутации содержит дополнительную вторичную обмотку, причем узел коммутации12 12452 б 7 11 1 б соединен с вторичной обмоткой трансформатора, а выводы дополнительнойвторичной обмотки использованы в качестве дополнительных выходных выводов. 6, Инвертор по пп. 1-5, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что по крайней мере другой второй полумост содержит в каждом плече по крайней мере один конденсатор, кроме того в него введен блок контроля отклонения уровня напряжения от заданного, причем один вход упомянутого блока соединен с одним из выводов для подключения источника постоянного напряжения, другой вход соединен со. средним выходным выводом второго полумоста, а выход 1 О соединен с первым входом блока контроля закрытого состояния тиристоров.37 Г Д 7 и Составитель О. МещеряковЛисина Техред Л.Олейник Редакто орректор М, Р 1 арощи о писное каз 3 роизводственно- полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,/60 Тираж 612 НИИПИ Государственногпо делам изобретени 035, Москва, Ж, Ра комитета ССС 1и открытийская наб., д,. 4/5