Трехфазный инвертор

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 61) Дополнительное 22) Занвлено 30.04 вт. сеид-ву 1 (21) 328 1437/242 М 7/515 присоединением заяв23) Приоритет еудорственнык квинте бликовако 07.01.83. Бюллетеньделам изобретений н открытий Дата опублико ия описания 07. 1Артюхов, ихоманов торы обретения атовский ордена Трудового КрасногоЗнамени политехнический институт(71) Заявитель 54) ТРЕХФАЗНЫИ ИНВЕР я к силовой прен может быть трехфазным лируемым) напря еняюшимися в роких пределах параметрами.Известен трехфазный инвертор, содеял. жаший мост основных тиристоров с конденсаторами в диагоналях переменного тока, сглаживающий реактор, две обмотки которого подключены между входными выводами инвертора и выводами постоянного тока моста основных тиристоров, а также два моста регулирующих тиристоров, подключенных выводами.переменного тока к выходным выводам инвертора, причем между выводами постоянного тока этихмостов включены обмотки компенсирующего реактора, а обмотки сглаживающего и компенсирующего реакторов расположены на одном ферромагнитном сердечнике 11.К недостаткам этого устройства следует отнести сложность и значительные ши ртор обладает такж которым преждеОднако этот инядом недостатков сего необходимо те ести значит Изобретение относитс бразовательной технике спользовано для питани табилизируемым (регу жением .потребителей с имассу и габариты за счет наличия большого количества управляемых вентилей.Известен также трехфазный инвертор,в котором устройство стабилизации выходного напряжения выполнено в виде обрат 5 ного управляемого выпрямителя, выводыпостоянного тока которого через реакторы подключены к входным зажимам инвертора. Данный инвертор обладает жесткойвнешней характеристикой при таком способе управления вентильной системой, прикотором управляющие импульсы на тиристоры инверторного моста и обратноговыпрямителя подаются с некоторым наперед заданныМ фиксированным сдвигом.Это позволяет существенно упростить систему управления инвертором за счет исключения из ее состава ряда спожных узлов, что приводит к повышению функциональной надежности устройства. в целом 2.3 9877 потери холостого хода, что при резкопеременном характере нагрузки приводит к увеличению расхода электроэнергии.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является трехфазный инвертор, содержащий мост основных тиристоров с сглаживающим реактором вцепи постоянного тока и коммутирующими конденсаторами в диагоналях переменного тока, параллельно которым через встречнсгО параллельно соединенные регулируюшие тиристоры подключены компенсирующие реакторы 3 .Статические и динамические характеристики такого инвертора в значительной степени. зависят от принятого способа ут- равления вентильной системой и от характеристпк системы автоматического регу лировапия, осуществляющей изменение фазы управляющих импульсов тиристоров устройства компенсации реактивной мощности в функции параметров выходного напряжения. Получение жесткой внешней характеристики связано с применением в системе автоматического регулирования звеньев с большими коэффициентами передачи, что усложняет схему управления и в ряде случаев приводит к нарушению устойчивости замкнутой системы регулирования.Повышение жесткости внешней характеристики инвертора по схеме (3) и улучшение его,динамических характеристик может быть достигнуто за счет уменьшения индуктивности компенсирующих реакторов и соответствующего уменьшения угла проводимости регулируюших тиристоров при ьщнимальной загрузке инвертора. Однако зто сопровождается ухудшением, использования тиристоров по току и уве 40 личением содержания высших гармоник в кривой выходного напряжения.Бель изобретения - улучшение энергетических характеристик инвертора.Поставленная цель достигается тем, что в трехфазном инверторе, содержащем45 мост основных тиристоров с сглаживаюням реактором в цепи постоянного тока и коммутирующими конденсаторами в диагналях переменного тока, компенсирующие реакторы и регулирующие тиристоры, пос-о ледние соединены последовательно-встреч,но и анодами подключены к выводам пе ременного тока моста основных тиристоров, при этом обмотки компенсирующих реакторов размещены на одном магнитопроводе и одноименными зажимами подключены к точкам соединения катодов ре- .гулируюших тиристоров, другие зажимы обмоток компенсирующих реакторов соьдинены с соответствующимивыводамипеременногб тока моста основных тиристоров,Другое отличие состоит в том, что.обмотки сглаживающего и компенсирующих реакторов размещены на одном ферромагнитном сердечнике., На фиг. 1 показана схема предлагаемого инвертора; на фиг. 2 и 3 поясняется его работа; на фиг, 4 и 5 показаныпреимущества предлагаемого инвертораперед прототипом.Трехфазный инвертор содержит мостосновных тиристоров 1 - 6 с конденсатоюами 7 - 9 диагоналях переменного тока, регулирующие тиристоры 10 - 15и реактор 16,обмотка 17 которого включена между анодамитиристоров 1, 3,5 и положительным входным выводом.Регулирующие тиристоры 10 - 15 соединены последовательно-встречно и анодами подключены к выводам переменного тока моста основных тиристоров 1 -6, при этом к точкам соединения катсмдов регулирующих тиристоров 10 - 15подключены одноименные зажимы обмоток 3.8 - 20 реактора 16, другие зажимы которых соединены с соответствующими выводами переменного токамоста основных тиристоров 1 - 6.Трехфазный инвертор работает следующим образом.Мост основных тиристоров 1 - 6, управляемый системой узких, сдвоенныхчерез 60 зл. град. импульсов, формирует(фиг. 2) на коммутирующих конденсаторах 7 -, 9 трехфазную систему напряжений, по форме близких к синусоидальным,Кроме этих напряжений на фиг, 2 представлены также графики йазных токов 1Аинверторного моста 1 - 6 ,у ) Ои токов обмоток 18 - 20 реактора 16,являющихся компонентами фазных токовА8= (6Сд = О с при неизменном входном напряжении и при условии,что коммутация тока с тиристора на тиристор протекает мгновенно, определяетсявеличиной угла запирания , которая всвою очередь зависит от параметров цепи переменного тока, включенной на выходе инвертора. В эту цепь входят нагрузка (не показана), конденсаторы 7 - 9и некоторый эквивалент индуктивного сопротивления,оьразованный обмотками 18 -20 реактора и соединенными с ними соот35 5 987ветствующим образом регулирующими тиристорами 10 - 15. Конденсаторы 7 - 9обеспечивают компенсацию реактивноймощности нагрузки и коммутацию тиристоров 1 - 6. КУ (реактор 16 - тиристоры10 - 15) осуществляет измеьение баланса реактивной мощности в системе инвертор - нагрузка таким образом,чтобы обеслечивалосьподдержание выходного напряжения в заданных пределах. Изменение реак тивной мощности, потребляемой КУ, осуществляется изменением фазы управляющих импульсов регулируюших тиристоров10 - 15 относительно. фазы переменногонапряжения на выходе инвертора (на кж 15денсаторах 7 - 9),Тиристоры 10 - 15 управляются узкими одиночными импульсами. смещеннымипо фазе относительно друг друга на 60.эл. град. При смещении управляющихимпульсов на угол Й в сторону опе-.режения относительно момента прохождения соответствующего линейного напряжения через нулевое значение проио- фходит поочередное (в соответствии с д 5указанной на чертеже нумерацией) включение регулирующих тиристоров 10 - 15,Если,с30 эл, град.,то после отпираниятиристоров 10 - 15 в обмотках 1820 реактора 16 формируются импульсытока, имеющие длительность 2 Ы, . Приэтом величина реактивной мощности В,потребляемой КУ, может быть найдена,по формуле 6 - (,2 а(,- 51 п 2 Ы ),ЗО,3 Ю Флсгде О - действующее значение линейЛного напряжения;Ж - круговая частота инвертирова%Ь - собственная индуктивностьобмоток 18 - 20 реактора 16;о - угол управления,45ПриК ) 30 эл. град, включениеочередного регулирующего тиристорапроисходит только при включении слдующего (согласно принятой на фиг. 1нумерации) регулирующего тиристора,50Так, например, при вкдючении тирйстора10 напряжение 0на конденсаторе 9прикладывается к тиристору 15 в запирающей полярности. После коммутациитиристоров 15 и 10 (линейная схемазамещения этого момента представлена55на фиг.За); тиристор 10 находится впроводящем состоянии до момента подачи отпираюшего импульса на тиристор 11. 763 бНапряжение на тиристоре 11 при этомможет быть найдено из следующего уравнения: (и+ (дО+ Ц:д =О-д Ц 2 О=Е= в=(ЯЬЭти уравнения соответствуют схемезамещения, показанной на фиг, ЗЬ)Непосредственно перед моментом подачи управляющегоимпульса на тиристорнапряжения .ОСА, и ЛВ имеютедуюшую рн .: ОСА 0, Од О,в результате чего О, )О, что делаетвозможной коммутацию тиристоров 10 и 11При с ) 30 эл. град, длительностьинтервала проводимости регулирующегоетиристора составляет 60 зл. град. независимо от величины о, причем при заданном с(, основное влияние на величинуреактивной мощности, отбираемой, КУот конденсаторов 7 - 9, оказывает величина активного сопротивления й с,контура компенсации, т,е.2Я = ;пгЫ.-5 О ),"Л, о.НРсИз последней формулы видно, что всилу малости величины Я, крутизна регулировочной характеристики КУ, подкоторой понимается зависимость величины0 от угла о( при о) 30 эл.град. существенно больше, чем прис 130 зл, град, Благодаря этомуустройство управления инвертором можетбыть настроено таким образом, что КУбудет производить отбор реактивной мощности от конденсаторов 7 - 9 только притаких параметрах нагрузки, когда уголзапирання р больше некоторого напередзаданного значения р,Из фиг. 2 следует, что отпиращрегулирующего тиристора происходи гс задорккой Е относительно моментавключения % -го тиристора инверторного моста,при этом величины о и Ьоказываются связанными соотношением+ Е - 2 Ро+ РДля того, чтобы КУ проиводило отбор реактивной.мощности от конденсаторов 7 - 9 начиная с р = р . , величийафазового сдвига Е должна быть выбранатаким образом, чтобы при Ь =угол управления 0 был равен 30 эл,грМ. Из этого условия имеемя:0+р, И далееО( =30 +Ъ РгПоследнее выражение показывает, чтопри номинальной нагрузке инвертора, коРдас 9, угол управления 0 30зл. град. Амплитуда импульсов тока компенсации в этой области может быть7 9877 сделана сколь угодно малой соответствующим выбором индуктивности Ь, . При р )р крутизна регулировочной характеристики КУ зависит в основном от активных потерь контура компенсации, что позволяет подучить жесткую внешнюю характеристику инвертора без применения автоматических устройств, управляющих КУ в функции параметров выходного нат- ряжения. Последнее обстоятельство обус О ловливает высокую функциональную надежность инвертора, так как при Е =сопМ существенно упрощается система управления и устраняется зависимость статических и динамических характеристик инвертора от параметров системы автоматического регулирования,Введем следующие обозначения: / - манряженне истоЧника питания 3 -1коэффициент загрузки инвертора, который определяется следующим образом;Н сгде 5 Н - полная мощность нагрузки;- реактивная мощность коммути- рующих конденсаторов 7 - 9.Зависимости относительной величины выходного напряжения О, / 0 1 от коэффициента загрузки для различных значений параметра р,. представляют собой внешние характеристики инвертора, Для предлагаемой схемы инвертора эти характеристики на фиг. 4 показаны сплошными линиями. На этом же рисунке для сравнения пунктирными линиями изображены внешние характеристики инвертора по схеме 3 1 которые построены для различных значений параметра1,=ысгде С - емкость конденсаторов 7 - 9.При равных требованиях к точности стабилизации выходного напряжения коэфао фициент усиления контура управления тиристорами КУ в предлагаемой схеме будет в 10 - 30 раз мерьше такового для устройств, управляющих тиристорами КУ в щ- верторе 3.Структура КУ в предлагаемом инверторе такова, что потребляемый им ток при о ъ 30 эл. град. по форме аналопичен фазному току трехфазного мостового выпрямителя. Вследствие этого коэффициент 63 8несинусоидальности кривой выходного ныряжения инвертора по предлагаемой Схеме во всем диапазоне допустимых нагрузок не превышает 7%.Последнее подтверждается фиг. 5, где приведены графики зависимостей коэффициента несинусоидальности выходного напряжения от коэффициента загрузки В для различных значений параметра 0 С. Для сравнения укажем, что коэффициент несинусоидальности кривой выходного.напряжения инвертора по схеме 3 в режимах ра боты, близких к холостому ходу, составляет 10 - 15%. Формула изобретения 1. Трехфазный инвертор, содержашиймост основных тиристоров со сглаживающим реактором в цепи питания и конденсаторами в диагоналях переменного тока,регулирующее тиристоры и компенсирующие реакторы, о т л и ч а ю ш и й с ятем, что, с целью улучшения энергетических характеристик, регулирующие тиристорысоединены последовательно-встречно ианодами подключены к выводам переменного тока моста основных тиристоров, причем обмотки компенсирующих реакторовразмещены на одном магнитопроводе иодноименными зажимами подключены кточкам соединения; катодов регулирующихтиристоров, а другие зажимы обмотоккомпенсирующих реакторов соединены ссоответствующими выводами переменоготока моста основных тиристоров.2. Инвертор по п. 1, о т л и ч а кщ и й с я тем, что обмотки сглаживающего и компенсирующих реакторов размещены на одном ферромагнитном сердечнике.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР620002, кл, Н 02 М 7/515,1978.2. Патент США3768001,кл, Н 02 М 7/48, 1973.3. Раскин Л. Я. Стабилизированныеавтономные инверторы тока на тиристорах. М.,Энергия ф, 1970, с. 9,987763 бю 4 1=8,7,0 В Составитель Г, С. МыцыкРедактор Е, Папп Техред, М, Качур Корректор Г. О ственного ко етений и от Ж, РаушФилиал ППП фПатент" г, Ужгород, ул. Проектная 4 аз 10322/44 Тираж 685 ВНИИПИ Государ по делам изо 113035, Москва, писноемитета СССРкрытийокая наб., д. 4/5