BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen selbstgeführten Wechselrichter gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches.
Gegenwärtig finden regelbare Elektroantriebe mit selbstgeführten Wechselrichtern weitgehende Verwendung in verschiedenen Zweigen der Volkswirtschaft. Sie gestatten, die Kinematik der Maschinen und Mechanismen wesentlich zu vereinfachen, Getriebe auszuschliessen und den Elektroantrieb und den Arbeitsmechanismus zu einer Einrichtung zu vereinigen, technologische Prozesse zu automatisieren und den vorgegebenen optimalen Betrieb des Mechanismus mit hoher Geschwindigkeit und Genauigkeit zu regeln.
Der Selbstgeführte Wechselrichter d.h. seine Schaltung ist wichtigster Bestandteil von Tyristorfrequenzumformern und bestimmt im wesentlichen Masse die Regel- und Energiecharakteristik des Elektroantriebs sowie seine Kenndaten wie Masse, Abmessungen, Preis und Zuverlässigkeit. Die letzteren spielen eine besonders wichtige Rolle bei der Wahl der Schaltung des Wechselrichters, weil hierbei die Möglichkeit der Anwendung einer grösseren Anzahl von Wechselselbstrichteru in den meisten praktischen Fällen begrenzt ist.
In diesem Zusammenhang ist die Schaffung und Einführung von selbstgeführten Wechselrichtern, die Struktureinfachheit, hohe Funktionssicherheit dank erhöhter Kommutierungsbeständigkeit, verbesserten Kennwerten in Bezug auf Energieverbrauch, Masse, Abmessungen, Preis aufweisen, eine aktuelle Aufgabe besonders in Anwendung auf frequenzgeregelte Hochspannungsantriebe, für welche die Vergrösserung der Vorräte von Ventil- und Kondensatorausrüstungen nicht rationell ist.
Es ist bereits ein selbstgeführter Wechselrichter zur Steuerung eines Asynchronmotors bekannt (SU-Urheberschein Nr.
505 099). Zwecks Erhöhung der Kommutierungsbeständigkeit und der Anlasssicherheit ist der erwähnte Wechselrichter mit einem Thyristorschalter und einem Transformatorsteuergeber versehen, dessen Primärwicklung in den Verbindungskreis eines Kondensatorspeichers und eines der Thyristorschalter geschaltet ist, und ausserdem mit zusätzlichen Schwellenwertbegrenzern versehen, an deren Eingänge die Sekundärwicklung des Gebers gelegt ist. Die Ausgänge der Begrenzer sind an die Eingänge eines diskreten Phasendrehers, der Eingang des Steuergenerators an die Ausgangsleitungen des selbstgeführten Wechselrichters und dessen Ausgang an den Eingang des diskreten Phasendrehers gelegt.
Die Schwellenwertbegrenzer werden auf ein und denselben Signalpegel des Transformatorsteuergebers eingestellt, was gestattet, die Spannungsamplitude an den Kommutierungskondensatoren in allen Betriebszuständen des Wechselrichters konstant zu halten und dessen Kommutierungsbeständigkeit zu erhöhen.
Da die Kommutierungskondensatoren bei diesem Wechselrichter in den Kommutierungsintervallen von der Belastung nicht getrennt sind, entstehen zwischen den Streuinduktivitäten schwach abklingende Energieaustauschschwingungsvorgänge.
Dies führt zur Verzerrung der Form der Ausgangsspannung des Wechselrichters durch die nichtkanonischen Harmonischen und ausserdem kann bei diesem Wechselrichter eine Gleichspannungskomponente an den Kommutierungskondensatoren auftreten, was zur Unsymmetrie der Erholungswinkel der Schaltthyristoren, d.h. zur Senkung der Kommutierungsbeständigkeit führt. Die Gleichspannungskomponente an den Kondensatoren erscheint bei beliebiger Steuerungsunsymmetrie wegen Benutzung in dem Steuergeber eines Transformators, über welchen die Information über die Gleichspannungskomponente nicht übertragen werden kann.
Bekannt ist ferner ein selbstgeführter Wechselrichter beispielsweise aus der DE-PS 1 638 551 Einrichtung zur Zwangskommutierung für eine Anordnung zur Steuerung der Drehzahl und Drehrichtung einer Drehstrommaschine , der einen Hauptbrückenthyristorschalter, Kommutierungskondensatoren und einen Hilfsbrückenthyristorschalter aufweist.
Zwecks Erhöhung der Kommutierungsbeständigkeit wird jeder Kommutierungskondensator mit einer Hilfsladeeinrichtung versehen, die einen Transformator, eine Drossel, Kondensatoren und Thyristoren enthält. Dank der sicheren Wiederaufladung der Kommutierungskondensatoren zu Beginn jeder neuen Kommutierung weist der Wechselrichter gute Kommutierungsbeständigkeit auf. Da die Kommutierungskondensatoren in jedem Kommutierungsintervall von der Belastung (dem Asynchronmotor) getrennt sind, so entsteht keine wesentliche Verzerrung der Form der Ausgangsspannung des Wechselrichters durch die nichtkanonischen Harmonischen. Zugleich werden diesem selbstgeführten Wechselrichter bei der Stromkommutierung von der einen Phase des Asynchronmotors zur anderen an die Thyristoren des Hilfbrückenschalters zweimal grössere Spannungen als an die Thyristoren des Hauptbrückenschalters angelegt.
Dieser Umstand macht es erforderlich, die Thyristoren des Hilfsschalters für erhöhte Spannung zu wählen bzw. eine Reihenschaltung von Thyristoren zu verwenden, was den Preis, die Masse und Abmessungen des Wechselrichters erhöht, besonders für leistungsstarke Hochspannungs-Wechselrichter.
Wegen der grossen Menge von reihengeschalteten Elementen ist ein solcher selbstgeführter Wechselrichter nicht genügend zuverlässig.
Bekannt ist auch ein selbstgeführter Wechselrichter (Urheberschein der UdSSR Nr. 811 460) der zwei Kommutierungsthyristoren und eine m-phasige Thyristorbrücke enthält, dessen Wechselstromanschlüsse über Kommutierungskondensatoren mit den entsprechenden Wechselstromanschlüssen einer m-phasigen Hilfsdiodenbrücke verbunden sind, während die Gleichstromanschlüsse der Diodenbrücke mit den gleichnamigen Gleichstromanschlüssen der Thyristorbrücke über mit den Dioden gleichsinnig geschaltete Kommutierungsthyristoren verbunden sind. Die Steuerung der Thyristoren dieses Wechselrichters geschieht durch einen Steuergenerator, dessen Ausgang an den Eingang einer Verteileinheit, die die Steuerimpulse über die ent sprechenden Thyristoren verteilten, gelegt ist.
Zwecks Erhöhung der Kommutierungsbeständigkeit und Senkung der Kommutierungsüberspannungen an der Belastung des Wechselrichters ist an die Gleichstromanschlüsse der Hilfsdiodenbrücke, die mit den gleichnamigen Gleichstromanschlüssen der Thyristorbrücke über die mit den Dioden gleichsinnig geschalteten Kom mutierungsthvristoren verbunden sind, ein Dämpfungswiderstand angeschlossen. Infolge der Dämpfung der Schwingungsvorgänge bei den Stromkommutierungen durch die Wahl eines Widerstandswertes, der 0,6 - 0,8 des Wertes des charakteristischen Widerstandes des von dem Kommutierungskondensator und den Induktivitäten der Belastungsphasen gebildeten Kreises beträgt, wird eine Begrenzung der Überspannungen und eine Erhöhung der Kommutierungsbeständigkeit erreicht.
Wegen der Verluste in dem entsprechend den oben angegebenen Bedingungen gewählten Dämpfungswiderstand hat dieser Wechselrichter einen verminderten Wirkungsgrad. Bei recht hohen Widerstandswerten des Dämpfungswiderstandes lassen sich die Verluste wesentlich vermindern, wobei die Abschaltmöglichkeit der Kommutierungskondensatoren von der Belastung in den Kommutierungsintervallen erhalten bleibt. Jedoch führt die Unmöglichkeit der Stabilisierung der Amplitude der Spannung an den Kommutierungskondensatoren mit Hilfe der bekannten Schaltungslösungen zum Auftreten an den Kondensatoren einer nichtkontrollierbaren Gleichspannungskomponente. Deshalb muss man die Kommutierungskondensatoren sowie die Thyristoren und Dioden für eine grössere Spannung wählen, was zu einer erheblichen Verteuerung der Ausrüstung und einer Vergrösserung der Masse und Abmessungen führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen in der Struktur einfachen, wirtschaftlichen und betriebszuverlässigea selbstgeführten Wechselrichter durch Senkung der maximalen Spannungen an den Kommutierungskondensatoren und Ventilen des Wechselrichters mittels Stabilisierung dieser Spannungen und Vorbeugung einer nichtkontrollierbaren Gleichstromkomponente zu schaffen.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der vorgeschlagene selbstgeführte Wechselrichter, die im Kennzeichen des Patentanspruches umschriebenen Merkmale aufweist.
Solch eine Ausführung des Wechselrichters sichert bei Erhaltung der Struktureinfachheit der Schaltung die Vorbeugung einer nichtkontrollierbaren Gleichspannungskomponente an den Kommutierungskondensatoren, die Stabilisierung der Amplitude der Spannung an den Kommutierungskondensatoren, was die Erhaltung einer hohen Kommutierungsbeständigkeit in allen Betriebszuständen des selbstgeführten Wechselrichters garantiert. Die hierbei erreichbare Senkung der maximalen Spannungen an den Kommutierungskondensatoren und der Ventilausrüstung gestattet es, die Energiedaten des Wechselrichters zu verbessern, den Preis, die Masse und Abmessungen desselben zu vermindern und seine Zuverlässigkeit zu erhöhen.
Nachstehend ist die Erfindung durch ein Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 die Schaltung eines erfindungsgemässen selbstgeführten Wechselrichters; und
Fig. 2 die Funktionszeitdiagramme des Wechselrichters.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, enthält der Wechselrichter Thyristoren 1 bis 6, die eine Thyristorbrücke 7 bilden, und Dioden 8 bis 13, die eine Diodenbrücke 14 bilden. Die Wechselstromanschlüsse der Thyristorbrücke 7 sind über Kommutierungskondensatoren 15 mit den entsprechenden Anschlüssen der Diodenbrücke 14 verbunden. Die Gleichstromanschlüsse dieser Brücke sind mit den gleichnamigen Anschlüssen der Thyristorbrücke 7 über Kommutierungsthyristoren 16 und 17 verbunden.
Die Spannung an den Kommutierungskondensatoren 15 wird durch zwei Spannungsteiler 18 gemessen, bei denen ein Arm je drei in Stern geschaltete und an die Wechselstromanschlüsse der Brücken 7 und 14 angeschlossene Widerstände 19 enthält. Die Messwiderstände 20 der Spannungsteiler 18 sind zwischen den Sternpunkten der Widerstände 19 und Masse geschaltet. Die Ausgänge der Spannungsteiler 18 sind mit den invertierenden und nichtinvertierenden Eingängen eines Differentialverstärkers 21 verbunden. Sein Ausgang ist mit dem Eingang eines Schwellenwertelementes 22 mit Hysteresekennlinie zur Ermittlung des Zeitpunktes verbunden, zu dem die Spannung an den Kommutierungskondesatoren 15 den Sollwert erreicht.
Der Ausgang des Schwellenwertelementes 22 ist mit einem der Eingänge einer Verteileinheit 23 verbunden, die die Zündimpulse auf die Steuerelektroden der Thyristoren 1...6 und 16, 17 verteilt, verbunden. An den anderen Eingang der Einheit 23 ist der Ausgang eines Steuergenerators 24 gelegt.
Der selbstgeführte Wechselrichter funktioniert folgenderweise.
Der Einfachheit halber sei das Kommutierungsintervall, in dem die Thyristoren 1 und 2 der Brücke 7 eingeschaltet sind, betrachtet. Hierbei sind die restlichen Ventile der Schaltung (sowohl die Thyristoren als auch die Dioden) ausgeschaltet. Die Kommutierungskondensatoren 15 sind von der Belastung abgeschaltet und durch die Prozesse der vorhergehenden Kommutierung geladen. Die Polarität der Spannung an diesen ist in Fig. 1 ohne Klammern gezeigt. Dieser Polarität entspricht der untere (negative) Pegel der Ausgangsspannung an den Spannungsteilern 18 und am Ausgang des Differentialverstärkers 21 (Diagramm 25, Fig. 2). Das Hystereseschwellenwertelement 22 (Fig.
1) befindet sich hierbei in einem seiner stabilen Zustände, bei dem die Verteileinheit 23 Steuerimpulse für die Thyristoren 1 und 2 erzeugt und deren Zündung bestätigt (Diagramme 26 und 27, Fig. 2).
Beim Eintreffen eines Impulses 28 (Fig. 2) vom Steuergenerator 24 (Fig. 1) nimmt die Verteileinheit 23 den Steuerimpuls vom Thyristor 1 weg (Diagramm 26, Fig. 2) und gibt einen Steuerimpuls auf den Thyristor 16 (Diagramm 29, Fig. 2), hierbei bleibt der Steuerimpuls für den Thyristor 2 (Diagramm 27, Fig. 2) erhalten.
Unter der Wirkung der Spannung an dem Kommutierungskondensator 15 (Fig. 1), der mit dem Thyristor 1 in Verbindung steht, wird dieser Thyristor gesperrt. Über den Thyristor 16, die Dioden 8, 9, 10 und die Belastung beginnt die Umladung der Kommutierungskondensatoren 15 auf die Polarität, die in Fig.
1 in Klammern angedeutet ist.
Die Ausgangsspannung der Spannungsteiler 18 (Diagramm 25, Fig. 2) und des Verstärkers 21 (Fig. 1) ändert sich auch ansteigend in bezug auf die Achse des Diagramms 25 (Fig. 2). Der Zustand des Schwellenwertelementes 22 (Fig. 1) ändert sich dank der Hysterese so lange nicht, bis die Spannung an den Kommutierungskondensatoren 15 die durch die Einstellung des Schwellenwertelementes 22 und den Wert seiner Hysterese (obere Begrenzungslinie in bezug auf die Achse des Diagramms 25, Fig. 2) bestimmte Höhe erreicht hat. Im Laufe der Umladezeit setzt die Verteileinheit 23 (Fig. 1) fort, Steuerimpulse für die Thyristoren 16 und 2 zu erzeugen.
Bei der Umladung der Kommutierungskondensatoren 15 auf die Sollhöhe spricht das Schwellenwertelement 22 an und wird in den anderen stabilen Zustand gebracht. Die Einheit 23 hört dabei auf, Impulse auf den Thyristor 16 zu geben und zündet den nächsten Thyristor 3 der Anodengruppe der Brücke 7 (s.
Diagramme 30 und 31, Fig. 2). Der Thyristor 16 (Fig. 1) und die Dioden 8,9, 10 werden unter der Wirkung der Spannung an den Kommutierungskondensatoren gesperrt, wonach das näch- ste Kommutierungsintervall des Wechselrichters beginnt, bei dem die Thyristoren 3 und 2 der Brücke 7 leitend sind. Alle anderen Ventile des selbstgeführten Wechselrichters sind dabei gesperrt und die Kommutierungskondensatoren 15 von der Bela stung getrennt. Die Dauer des Kommutierungsintervalls wird durch die Arbeitsperiode des Steuergenerators 24, durch die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters bestimmt.
Beim Eintreffen des nächstfolgenden Impulses vom Steuergenerator 24 nimmt die Einheit 23 den Steuerimpuls von dem Thyristor 2 weg und schaltet den Thyristor 17 ein. Es beginnt der Kommutierungsvorgang in der Kathodengruppe der Ventile des Wechselrichters, der analog dem oben beschriebenen abläuft (s. Diagramme 32, 33 und 34 in Fig. 2). Der Kommutierungsvorgang wird mit der Umladung der Kommutierungskondensatoren 15 (Fig. 1) auf eine Spannung an diesen, die der unteren Begrenzungslinie in bezug auf die Achse des Diagramms 25 (Fig. 2) entspricht, beendet. Dieser Wert wird auch wie bei dem vorhergehenden Kommutierungsvorgang durch den Einstellwert des Schwellenwertelementes 22 (Fig. 1) bestimmt.
Somit sind die maximalen Spannungspegel an den Kommutierungskondensatoren 15 streng fixiert und werden durch die Einstellung des Schwellenwertelementes 22 bestimmt, wobei diese Pegel den reellen Spannungswerten an den Kommutierungskondensatoren 15 entsprechen, da sie mit Hilfe der Teiler 18 mit den Widerständen 19 und 20, über welche alle Komponenten dieser Spannungen, einschliesslich der Gleichspannungskomponente, falls diese erscheint, übertragen werden. Dadurch wird das gestellte Ziel, nämlich die Steigerung der Genauigkeit der Spannungsstabilisierung an den Kommutierungskondensatoren und die Vorbeugung einer nichtkontrollierbaren Gleichspannungskomponente an diesen, erreicht.
Die bei diesem selbstgeführten Wechselrichter erreichbare Erhöhung der Stabilisierungsgenauigkeit der Spannung an den Kommutierungskondensatoren gestattet es, den maximalen Wert dieser Spannungen um 20 bis 30% bei Sicherung einer hohen Kommutierungsbeständigkeit herabzusetzen. Die Herabsetzung der Spannungspegel an den Kondensatoren gestattet es, die Klasse der zu verwendenden Thyristoren und Dioden zu vermindern und in Hochspannungsschaltungen die Zahl der in Reihe zu schaltenden Thyristoren und Dioden um 20 bis 30% zu reduzieren.
Bei dem beschriebenen Wechselrichter kann das Schwellenwertelement 22 als regenerativer Komparator, dessen invertierender Ausgang durch einen logischen Negator gebildet wird, ausgeführt sein. Die Verteileinheit 23 stellt eine Ringzählschaltung mit Flipflops und logischen UND-Gliedern dar. Die Schaltungen der restlichen Elemente, nämlich des Steuergenerators 24 und des Differentialverstärkers 21, sind Standardelemente.
Somit kann man annehmen, dass der beschriebene Wechselrichter dank den wesentlichen Vorteilen, der einfachen Struktur und der erhöhten Zuverlässigkeit weitgehende Anwendung in den Thyristorfrequenzumformern für den asynchronen Elektroantrieb finden wird. Besonders wirksam kann die Anwendung dieses Wechselrichters in Hochspannungsthyristorfrequenzumformern sein, für welche die Zuverlässigkeit, die Masse und Abmessungen bei sonst gleichen Bedingungen eine entscheidende Rolle spielen.
Die Erfindung kann weitgehende Anwendung in Thyristorfrequenzumformern für geregelte Elektroantriebe mit Asynchronmotoren von verschiedener Leistung und Spannung finden.
DESCRIPTION
The present invention relates to a self-commutated inverter according to the preamble of the claim.
Currently, adjustable electric drives with self-commutated inverters are widely used in various branches of the economy. They make it possible to significantly simplify the kinematics of the machines and mechanisms, to exclude gears and to combine the electric drive and the working mechanism into one device, to automate technological processes and to regulate the optimal operation of the mechanism with high speed and accuracy.
The self-commutated inverter i.e. its circuit is the most important component of tyristor frequency converters and essentially determines the control and energy characteristics of the electric drive as well as its characteristics such as mass, dimensions, price and reliability. The latter play a particularly important role in the choice of the circuit of the inverter, because the possibility of using a larger number of alternating self-aligners is limited in most practical cases.
In this context, the creation and introduction of self-commutated inverters, which have structural simplicity, high functional reliability thanks to increased commutation resistance, improved characteristic values in terms of energy consumption, mass, dimensions, price, is a current task, especially when applied to frequency-controlled high-voltage drives, for which the enlargement of the Inventories of valve and condenser equipment is not rational.
A self-commutated inverter for controlling an asynchronous motor is already known (SU copyright certificate no.
505 099). In order to increase the commutation resistance and starting security, the inverter mentioned is provided with a thyristor switch and a transformer control transmitter, the primary winding of which is connected to the connection circuit of a capacitor store and one of the thyristor switches, and also provided with additional threshold limiters, at the inputs of which the secondary winding of the transmitter is connected. The outputs of the limiters are connected to the inputs of a discrete phase rotator, the input of the control generator to the output lines of the self-commutated inverter and its output to the input of the discrete phase rotator.
The threshold limiters are set to the same signal level of the transformer control transmitter, which makes it possible to keep the voltage amplitude at the commutation capacitors constant in all operating states of the inverter and to increase its commutation resistance.
Since the commutation capacitors of this inverter are not separated from the load in the commutation intervals, weakly decaying energy exchange oscillation processes occur between the leakage inductances.
This leads to the distortion of the shape of the output voltage of the inverter due to the non-canonical harmonics and, moreover, a DC component can occur on the commutation capacitors in this inverter, which leads to asymmetry in the recovery angle of the switching thyristors, i.e. leads to lower commutation resistance. The DC voltage component on the capacitors appears in the event of any control asymmetry due to use in the control transmitter of a transformer, via which the information about the DC voltage component cannot be transmitted.
A self-commutated inverter is also known, for example from DE-PS 1 638 551, a device for forced commutation for an arrangement for controlling the speed and direction of rotation of a three-phase machine, which has a main bridge thyristor switch, commutation capacitors and an auxiliary bridge thyristor switch.
To increase the commutation resistance, each commutation capacitor is provided with an auxiliary charging device, which contains a transformer, a choke, capacitors and thyristors. Thanks to the safe recharging of the commutation capacitors at the start of each new commutation, the inverter has good commutation resistance. Since the commutation capacitors are separated from the load (the asynchronous motor) in each commutation interval, there is no significant distortion of the shape of the output voltage of the inverter due to the non-canonical harmonics. At the same time, this self-commutated inverter is supplied with two times greater voltages than the thyristors of the main bridge switch during current commutation from one phase of the asynchronous motor to the other on the thyristors of the auxiliary bridge switch.
This makes it necessary to choose the thyristors of the auxiliary switch for increased voltage or to use a series connection of thyristors, which increases the price, the mass and dimensions of the inverter, especially for high-power high-voltage inverters.
Such a self-commutated inverter is not sufficiently reliable because of the large number of elements connected in series.
Also known is a self-commutated inverter (copyright certificate of the USSR No. 811 460) which contains two commutation thyristors and an m-phase thyristor bridge, the AC connections of which are connected via commutation capacitors to the corresponding AC connections of an m-phase auxiliary diode bridge, while the DC connections of the diode bridge are of the same name DC connections of the thyristor bridge are connected via commutation thyristors connected in the same direction as the diodes. The control of the thyristors of this inverter is done by a control generator, the output of which is connected to the input of a distribution unit which distributes the control pulses over the corresponding thyristors.
In order to increase the commutation resistance and reduce the commutation overvoltages at the load on the inverter, a damping resistor is connected to the DC connections of the auxiliary diode bridge, which are connected to the DC connections of the same name of the thyristor bridge via the commutation thyristors connected in the same direction as the diodes. As a result of the damping of the oscillation processes in the current commutations by choosing a resistance value that is 0.6-0.8 of the value of the characteristic resistance of the circuit formed by the commutation capacitor and the inductances of the load phases, the overvoltages are limited and the commutation resistance is increased reached.
This inverter has a reduced efficiency because of the losses in the damping resistance chosen in accordance with the conditions specified above. If the resistance values of the damping resistor are quite high, the losses can be significantly reduced, the possibility of switching off the commutation capacitors being retained by the load in the commutation intervals. However, the impossibility of stabilizing the amplitude of the voltage on the commutation capacitors with the aid of the known circuit solutions leads to the occurrence of an uncontrollable DC component on the capacitors. Therefore, one has to choose the commutation capacitors as well as the thyristors and diodes for a higher voltage, which leads to a considerable increase in the cost of the equipment and an increase in the mass and dimensions.
The invention has for its object to provide a structurally simple, economical and operationally reliable self-commutated inverter by lowering the maximum voltages on the commutation capacitors and valves of the inverter by stabilizing these voltages and preventing an uncontrollable DC component.
The object is achieved in that the proposed self-commutated inverter has the features described in the characterizing part of the patent claim.
Such an embodiment of the inverter, while maintaining the structural simplicity of the circuit, ensures the prevention of an uncontrollable DC voltage component on the commutation capacitors, the stabilization of the amplitude of the voltage on the commutation capacitors, which guarantees the maintenance of a high commutation resistance in all operating states of the self-commutated inverter. The attainable lowering of the maximum voltages on the commutation capacitors and the valve equipment makes it possible to improve the energy data of the inverter, to reduce the price, the mass and dimensions of the latter and to increase its reliability.
The invention is explained in more detail below by means of an exemplary embodiment with reference to the accompanying drawing.
It shows:
1 shows the circuit of a self-commutated inverter according to the invention; and
Fig. 2 shows the functional timing diagrams of the inverter.
1, the inverter contains thyristors 1 to 6, which form a thyristor bridge 7, and diodes 8 to 13, which form a diode bridge 14. The AC connections of the thyristor bridge 7 are connected to the corresponding connections of the diode bridge 14 via commutation capacitors 15. The DC connections of this bridge are connected to the connections of the same name of the thyristor bridge 7 via commutation thyristors 16 and 17.
The voltage at the commutation capacitors 15 is measured by two voltage dividers 18, in which one arm contains three resistors 19 each connected in a star and connected to the AC connections of the bridges 7 and 14. The measuring resistors 20 of the voltage dividers 18 are connected between the star points of the resistors 19 and ground. The outputs of the voltage dividers 18 are connected to the inverting and non-inverting inputs of a differential amplifier 21. Its output is connected to the input of a threshold element 22 with a hysteresis characteristic to determine the point in time at which the voltage at the commutation capacitors 15 reaches the setpoint.
The output of the threshold element 22 is connected to one of the inputs of a distribution unit 23, which distributes the ignition pulses to the control electrodes of the thyristors 1 ... 6 and 16, 17. The output of a control generator 24 is connected to the other input of the unit 23.
The self-commutated inverter works as follows.
For the sake of simplicity, consider the commutation interval in which the thyristors 1 and 2 of the bridge 7 are switched on. The remaining valves in the circuit (both the thyristors and the diodes) are switched off. The commutation capacitors 15 are switched off from the load and charged by the processes of the previous commutation. The polarity of the voltage across them is shown in Fig. 1 without parentheses. This polarity corresponds to the lower (negative) level of the output voltage at the voltage dividers 18 and at the output of the differential amplifier 21 (diagram 25, FIG. 2). The hysteresis threshold element 22 (Fig.
1) is in one of its stable states, in which the distribution unit 23 generates control pulses for the thyristors 1 and 2 and confirms their ignition (diagrams 26 and 27, FIG. 2).
When a pulse 28 (FIG. 2) arrives from the control generator 24 (FIG. 1), the distribution unit 23 removes the control pulse from the thyristor 1 (diagram 26, FIG. 2) and sends a control pulse to the thyristor 16 (diagram 29, FIG. 2), the control pulse for thyristor 2 (diagram 27, FIG. 2) is retained.
Under the effect of the voltage on the commutation capacitor 15 (FIG. 1), which is connected to the thyristor 1, this thyristor is blocked. Via the thyristor 16, the diodes 8, 9, 10 and the load, the charge reversal of the commutation capacitors 15 to the polarity, which is shown in FIG.
1 is indicated in brackets.
The output voltage of the voltage divider 18 (diagram 25, FIG. 2) and the amplifier 21 (FIG. 1) also increases with respect to the axis of the diagram 25 (FIG. 2). Thanks to the hysteresis, the state of the threshold element 22 (FIG. 1) does not change until the voltage at the commutation capacitors 15 is determined by the setting of the threshold element 22 and the value of its hysteresis (upper limit line with respect to the axis of the diagram 25, Fig. 2) has reached a certain height. In the course of the recharging time, the distribution unit 23 (FIG. 1) continues to generate control pulses for the thyristors 16 and 2.
When the commutation capacitors 15 are reloaded to the desired height, the threshold value element 22 responds and is brought into the other stable state. The unit 23 stops giving impulses to the thyristor 16 and ignites the next thyristor 3 of the anode group of the bridge 7 (see.
Diagrams 30 and 31, Fig. 2). The thyristor 16 (FIG. 1) and the diodes 8, 9, 10 are blocked under the effect of the voltage on the commutation capacitors, after which the next commutation interval of the inverter begins, at which the thyristors 3 and 2 of the bridge 7 are conductive. All other valves of the self-commutated inverter are blocked and the commutation capacitors 15 are separated from the load. The duration of the commutation interval is determined by the working period of the control generator 24, by the output frequency of the inverter.
When the next pulse from the control generator 24 arrives, the unit 23 removes the control pulse from the thyristor 2 and switches the thyristor 17 on. The commutation process begins in the cathode group of the valves of the inverter, which proceeds analogously to that described above (see diagrams 32, 33 and 34 in FIG. 2). The commutation process is ended when the commutation capacitors 15 (FIG. 1) are recharged to a voltage across them which corresponds to the lower boundary line with respect to the axis of the diagram 25 (FIG. 2). As in the previous commutation process, this value is also determined by the setting value of the threshold value element 22 (FIG. 1).
Thus, the maximum voltage levels at the commutation capacitors 15 are strictly fixed and are determined by the setting of the threshold value element 22, these levels corresponding to the real voltage values at the commutation capacitors 15, since they are divided with the resistors 19 and 20, via which all Components of these voltages, including the DC component, if it appears, are transmitted. This achieves the goal, namely increasing the accuracy of the voltage stabilization on the commutation capacitors and preventing an uncontrollable DC voltage component on them.
The increase in the stabilization accuracy of the voltage at the commutation capacitors that can be achieved with this self-commutated inverter allows the maximum value of these voltages to be reduced by 20 to 30% while ensuring a high commutation resistance. The reduction in the voltage levels on the capacitors makes it possible to reduce the class of the thyristors and diodes to be used and to reduce the number of thyristors and diodes to be connected in series by 20 to 30% in high-voltage circuits.
In the case of the inverter described, the threshold value element 22 can be designed as a regenerative comparator, the inverting output of which is formed by a logic negator. The distribution unit 23 represents a ring counting circuit with flip-flops and logic AND gates. The circuits of the remaining elements, namely the control generator 24 and the differential amplifier 21, are standard elements.
It can therefore be assumed that the inverter described will find extensive use in the thyristor frequency converters for the asynchronous electric drive thanks to the essential advantages, the simple structure and the increased reliability. The application of this inverter can be particularly effective in high-voltage thyristor frequency converters, for which reliability, mass and dimensions play a decisive role under otherwise identical conditions.
The invention can be widely used in thyristor frequency converters for regulated electric drives with asynchronous motors of different power and voltage.