Параллельный инвертор тока

(51)М. К 1.04.80 (21) 2928417/24-0 аявле исоелинениен заявки рш Н 02 М 7/515И Н 02 Р 13/18 Гооударотвснный комнт 3)Прнорите но донам наоорет н отнрытнйвано Опуб ДК 621 14. 572 088.8) публик(72) Авторы изобретения М. Чиженко, И.А. Курил Я евскии ордена Ленина пол50-летия Великой Октябреволюции хническ кой соц) ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ ИНВЕРТОР ТО бразо к инИзобретение вательной техн верторам тока, зовано при пос истоиников пит частоты и стат второйы УРУ 1 относится к пре ке, в частности и может быть ис роении автономн ния, преобразов ческих компенса елеи о ов верторыристорно тоящегоого дросклю. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является инвертор, состоящий из тиристорного моста, на выход которого подключены конденсатор и компенсатор, выполненный в виде цепочки из последовательно соединенных линейного дросселя и бивентильного силового ключа и системы управления, включающей в себя задающий генератор (ЗГ), фазосдвиреактивнои мощности.Известны параллельные и тока, выполненные в виде т го моста и компенсатора, с из последовательно соедине селя и встречно-параллельн ченных тиристоровЦ , 21 7. 02,82, Бюллетень ЭВ ния описания 10.02.8,гающий узел (ФСУ) и первый иусилительно-развязывающее узл и УРУ 2 3.Основным недостатком известного инвертора является значительное ухуд шение гармонического состава выходного напряжения инвертора при широком диапазоне изменения нагрузки. Возникновение искажений выходного напряжения инвертора связано с тем, что тиристорно-дроссельный компенсатор потребляет несинусоидальный ток, т.е. по отношению к выходным за жимам инвертора является как бы генератором высших гармоник тока, которые, замыкаясь в цепи нагрузки, вызывают искажения выходного напряжения инвертора. При этом процентное содержание высших гармонических за. висит от величины угла отпирания ти" ристоров компенсатора и от диапазона его изменения, определяемого пределами изменения нагрузки инвертора. Определяющее влияние на искажение3 90415 выходного напряжения в однофазных схемах автономных инверторов оказывает третья гармоническая тока компенсатора. Так, если в трехфазных схемах третья гармоника тока компенсатора не поступает во внешнюю цепь вследствие соединения фазных цепей компенсатора в треугольник, то в однофазных схемах наибольшее абсолютное значение тока третьей гармоники, 1 р генерируемое компенсатором, может достигать значительной величины, существенно искажая форму выходного напряжения (коэффициент гармоник К = 26 - ЗОВ).15Цель изобретения - улучшение гармонического состава выходного напряжения однофаэного автономного инвертора тока с компенсатором реактивной мощности при широком диапаэо- уд не изменения нагрузки. Поставленная цель достигается тем,что параллельный инвертор тока, со"держащий тиристорный мост с подклю 25ченным между его выходными выводамиконденсатором и тиристорно-дроссельным компенсатором, выполненным в видеосновной цепочки из последовательносоединенных линейного дросселя и уп 36равляемого ключа с двухсторонней проводимостью, например, в виде встреч"но-параллельно включенных: тиристоров,а также блок управления, включающийв себя задающий генератор, выход ко- .торого через последовательно соединен-ные фазосдвигающий узел и первый усилительно-разаязывающий узел подключен к управляющему входу ключа упомянутой цепочки и через второй усилительно-раэвяэыаающии узел - к управч4 Оляющим входам тиристоров инверторного мс"та, снабжен (и - 1) числом упомянутых аналогично выполненных цепочек и блоком управления этими цепочками, состоящими из (п - 1) каналов,выходами подключенных к управляющимвходам соответствующих ключей (и - 1)цепочек, первый иэ этих каналов выполнен а виде последовательно-соединенных датчика тока основной цепочки,формирователя переднего Фронта этоготока, триггера со счетным и установочным входами, логического элемента 2 И-НЕ, В 5-триггера и усилительноразвязывающего узла, а каждый иэ по.- следующих (и - 2) идентично выполненных между собой каналов содержит первый логический элемент 2 И и последо 4 4вательно соединенные между собой второй логический элемент 2 И-НЕ с прямым и инверсным входами, В 5-триггер и усилительно-развязывающий узел, причем входы формирователя переднего фронта тока соединены с выходами первого усилительно-развяэыаающего узла, его первый выход соединен с В-входом В 5-триггера первого канала и с одним иэ входов первых логических элементов 2 И каждого и (и - 2) идентичных каналов, второй его выход подклюцен к одному из входов логического элемента 2 И-НЕ первого канала, второй вход которого соединен с прямым выходом триггера со счетным и установочным входами, подключенными к третьему и четвертому выходам упомянутого формирователя, выход логического элемента 2 И-НЕ первого канала соединен с 5-входом В 5-триггера этого же канала и с инверсными в:содами вторых логических элементов 2 И-НЕ остальных (и -2) идентичных каналов, в каждом из которых выход первого логического элемента 2 И соединен с В-входом В 5-триггера, при этом выход В 5-триггера первого канала соединен с другим входом первого логического элемента 2 И-НЕ второго канала, а в (п - 2) идентичных каналах выход В 5-триггера каждого предыдущего канала соединен с другим входом первого логического элемента 2 И-НЕ каждого последующего канала.На фиг. 1 представлена принципиальная схема силовой части и систе.мы управления инвертором; на фйг. 2 временные диаграммы, поясняющие принцип работы схемы инвертора; на фиг, 3 - зависимости изменения коэффициента гармоник в функции относительной величины проводимости нагрузки инвертора.Инвертор ( фиг, 1) содержит мостна вентилях 1-4 с конденсатором 5на выходе, а также тиристорно-дроссельный компенсатор из п цепочек равной мощности,Основная цепочка содержит линейный дроссель 6 и силовой ключ, выполненный в виде встречно-параллельно включенных тиристоров 7 и 8, вторая и последующие цепочки содержатлинейный дроссель 9 и силовой ключ,выполненный, например, на основесимистора 10. Система управлениякомпенсатора состоит иэ датчика 115 9041 тока основной цепочки, формирователя 12 переднего фронта, выполненного в виде одновибраторов, триггера 13 со счетным и установочным входами логического элемента,2 И-НЕ 14,5 К 5-триггера 15, усилительно-развязывающего узла 16, а также (и - 2) идентичных каналов, каждый из которых содержит первый логический элемент 2 И 17, второй логический эле мент 2 И-НЕ 18 с прямым и инверсными входами, В 5-триггер 19 и усилительноразвязывающий узел 20.На фиг, 2 приведены временные ди аграммы процессов в квазиустановившемся режиме: тока в дросселе 6 основной цепочки компенсатора (а),напряжения на выходе инвертора (б), Входного и выходного сигналов ддтчи - щ ка 11 тока основной цепочки (в и г), импульсов, поступающих на входы формирователя 12 переднего фронта (д и е), импульсов, поступающих на.синхронизирующий вход триггера 13(з) 25 и на первый вход логического элемента 14 (ж), а также выходного сигнала триггера 13 (и).Так как компенсатор работает совместно с инвертором тока, то для обеспечения. коммутационной устойчивости последнего при любой величине нагрузки в заданном диапазоне должно выполняться условие(О -0-1-0, ч) /Р=Сц(1) где ч,- реактивная мощность коммутирующих конденсаторов инвертора;Р и 9 - соответственно активная и реактивная мощность нагрузки (знакплюс соответствует емкостной, а минус - индуктивной нагрузке);45эквивалентная реактив 1 Эная мощность основнойцепочки компенсатора;0 - реактивная мощностькаждой из остальных- 50части компенсатора;М - число включенных из общего числа (и - 1) цепочек при данной величине нагрузки (О 4 Ч(с (и - 1);заданное значение угла,запиранин инвертора,Из соотношения (1) можно получитьвыражение для величины Ч, т .е. определить число цепочек компенсатора,которые должны быть включены (отключены) при данной нагрузке для обеспечения коммутационной устойчивости инвертора.Из анализа схемы силовой части инвертора (фиг. 1) и соотношения ( 1)следует что при любой мощности нагрузки, превышающей значение мощности одной цепочки, компенсатор потребляет суммарный ток, состоящий из несинусоидального тока основной цепочки и суммы практически синусоидальных токов, включенных в данный момент Ч цепочек. При этом процентноесодержание тока третьей гармоникиотносительно тока первой ячейки остается таким же, как и в известнойсхеме, однако оно значительно уменьшается в суммарном токе, потребляемом всеми включенными в данный момент цепочками компнсатора. Отсюдаследует, что суммарный ток компенсатора все менее искажается по мереувеличения общего числа и и числавключенных У цепочек компенсатора.Схема (фиг. 1) системы управления(и - 1) силовыми цепочками компенсатора реализует описанные выше особенности работы компенсатора совместно с инвертором тока.Так как принцип работы основнойсиловой цепочки в предлагаемой схемеи компенсатора в известной схемеидентичны, то здесь рассмотрим лишьпринцип работы остальных цепочек силовой части компенсатора и системыуправления ими,В основу работы компенсатора положено следующее.Поскольку основная цепочка силовой части компенсатора остается постоянно подключенной (угол управления тиристорами ( меняется плавно), то при изменении нагрузки изменяется соотношение реактивных мощностей в системе компенсатор-инвертор. Так как при любой величине нагрузки в заданном диапазоне должно выполнять-, ся соотношение (1), то необходимо обеспечить подключение определенного числа цепочек при увеличении нагрузки и отключение их при уменьшении последней. Пусть, например, величина реактивной мощности нагрузки будет меньше реактивной мощности одВ предлагаемой схеме параллельного инвертора тока значительно улучшается гармонический состав выходного напряжения инвертора (уменьшается К). При этом количество силовых цепочек компенсатора и определяется отдельно в каждом конкретном случае, исходя из заданного максимального значения коэффициента гармоник,формула изобретения Параллельный инвертор тока, содержащий.тиристорный мост с подключенным между его выходными выводами конденсатором и тиристорно-дроссельным компенсатором, выполненным в виде ос" новной цепочки из последовательно соединенных линейного дросселя и управляемого ключа с двухсторонней проводимостью, например, в виде встречно- параллельно вклюценных тиристорв, а также блок управления, включающий в себя задающий генератор, выход ко- торого через последовательно соединенные фазосдвигающий узел и первый усилительно-развязывающий узел подключен к управляющему входу ключа 7 90415 ной силовой цепочки компенсатора, В этом случае при включенной основной цепочке, работающей с определенным углом о, остальные (и - 1) цепочек будут отключены. Эому квазиустановившемуся режиму соответствуют временные диаграммы (фиг. 2). При этом РЗ-триггер 15 м Р 5-триггеры, 19 всех (и - 2) каналов системы управления находятся в выключен ном состоянии, вследствие чего на управляющих электродах силовых ключей 10 отсутствуют управляющие сигналы. При увеличении нагрузки угол управления о (фиг, 2 а), длительность 1 выходных импульсов датчика 11 тока (Фиг. 2 г), а также длительность паузы на выходе триггера 13 (фиг, 2 и) уменьшаются. При угле управления о = 0 указанные длительности импуль в сов и пауз (Фиг. 2 г и и) равны нулю. При этом по входам логического элемента 14 происходит совпадение сигналов, цто приводит к включенному состоянию РЗ-триггера 15, вследст вие чего на управляющем электроде силового ключа 10 второй цепочки появляется постоянный положительный потенциал, что приводит к подключению данной цепочки к выходу инверто- ЗЕ ра (Фиг. 1). Бсли после включения второй цепочки соотношение (1) не будет выполнено,. то в схеме (Фиг.1) происходят процессы аналогичные описанным выше, и когда на входах логи- З цеского элемента 14 происходит сов" падение сигналов, включается РЬ-триггер 19 первого из (и - 2) идентичных каналов системы управления, что приводит к включению третьей силовой цепочки компенсатора. Аналогичные процессы происходят до тех пор, пока не выполнится соотношение (1), т.е пока угол К (фиг. 2 а) не станет в квазиустановившемся режиме больше нуля, При этом все (и " 1) силовые цепочки компенсатора включаются строго последовательно в следующем ,порядке: вторая, третья, четвертая и так далее до и. При уменьшении наГЯ грузки угол управления о, длительность импульсов на выходе датчика тока, а также длительность паузы на вьходе триггера 13 увеличиваются. При о = 7/2 с четвертого выхода форЯ мирователя 12 переднего фронта поступает сигнал на установочный вход (уставка в "0") Ю-триггера 15, что приводит к его выключению и как следствие к исчезновению положительного потенциала на управляющем электроде силового ключа 10 второй цепочки .и к отключению ее от выходных шин инвертора. Если после отключения второй цепочки соотношение (1) не будет выполнено, в схеме (Фиг. 1) происходят аналогичные процессы, приводящие к выключению Ю-триггеров 19 соответственно первого, второго и т.д. из (и - 2) идентичных каналов, что вызовет соответственноотключение третьей, четвертой и т.д. силовых цепочек компенсатора. Процесс отключения силовых цепочек происходит до тех пор, пока в установившемся режиме не будет выполнено соотношение (1), определяющее баланс реактивных мощностей в системе с учетом заданного узла запирания инвертораРезультаты расчетов и экспериментальных замеров (обозначены точками) коэффициента гармоник Кг = Г(У") в Функции относительной величины нагрузки приведены на фиг. 3. Криваясоответствует известной схеме, Кривые 11 при различном количестве цепочек и компенсатора соответствуют предлагаемой схеме (Фиг. 1).90415упомянутой цепочки и через второй усилительно-развязывающий узел - к управляющим входам тиристоров инверторного моста, о т л и ч а ю щ и й - с я тем, что, с целью улучшения 5 гармонического, состава выходного напряжения при широком диапазоне изменения нагрузки, он снабжен (и - 1) числом упомянутых аналогично выполненных цепочек и блоком управления 1 о этими цепочками, состоящим из (л) каналов, выходами подключенных к управляющим входам соответствующих ключей (и - 1) цепочек, первый из этих каналов выполнен в виде после з довательно-соединенных датчика тока основной цепочки, формирователя переднего фронта этого тока, триггера , со счетным и установочным входами, логического элемента 2 И-НЕ, В 5-триггера и усилительно-развязывающего узла, а каждый из последующих (и) идентично между собой выполненных каналов содержит первый логический элемент .2 И и последовательно соеди- д ненные между собой второй логический элемент 2 И-НЕ с прямым и инверсным входами,Ю-триггер и усилительноразвязывающий узел, причем входы Формирователя переднего фронта тока соединены с выходами первого усилительно-развязывающего узла, его пер. - вый выход соединен с К-входом К 5-триггера первого канала и с одним из входов первых логических элементов 102 И каждого из (п - 2) идентичных каналов, второй его выход подключен кодному из входов логического элемента 2 И-НЕ первого канала, второй входкоторого соединен с прямым выходомтриггера со счетным и установочнымвходами, подключенными соответственно к третьему и четвертому .выходамупомянутого формирователя, выходлогического элемента 2 И-НЕ первогоканала соединен с 5-входов к 5-триггера этого же канала, и с инверснымивходами вторых логических элементов2 И-НЕ остальных (и - 2) идентичныхканалов, в каждом из которых выходпервого логического элемента 2 И соединен с й-входом й 5-триггера, приэтом выход к 5-триггера первого кана"ла соединен с другим входом первогологического элемента 2 И-НЕ второгоканала, а в (и - 2) идентичных кана"лах выход В 5-триггера каждого преды"дущего канала соединен с другим входом первого логического элемента2 И-НЕ каждого последующего канала.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРУ 183269, кл. Н 02 И 7/48, 1966.2, Телстов Ю.Г. Автономные инверторы тока. И., "Энергия", 1978.3. Вовалев Ф.И. и др. Стабилизированные автономные инверторы с синусоидальным выходным напряжением. И.,904154 2 ль Г. МыцыкНадь оста орректор С. Щома Ю. Кова едак кред ака Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная,М й гг Тираж 718 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раущская наб д. 4/