RU1282797C - Последовательный инвертор - Google Patents

Description

112

Изобретение касаетс  преобразовани  посто нного тока в переменный регулируемой частоты и амплитуды с различным числом фаз с помощью тиристор- ных инверторов с последовательной коммутацией и может быть испойьзова но дл  регулировани  скорости электродвигателей переменного тока и дл  систем электропитани  с частотой и количеством фаз, отличным от промышленной сети.

Известен последовательный инвер- тор СП, содержащий четьфе LG-конту- ра с тиристорами, св занные через

диоды с источником питани , и четыре ключевых элемента в цепи нагрузки. Недостатками этого инвертора  вл ютс  сложность устройства и невозможность регулировани  выходного напр жени , кроме того, нагрузка инвертора должна быть индуктивного характера .

Известен также последовательный инвертор С 2, содержащий первую и вторую  чейки, в каждой из которых к соответствующей шине питани  под- гслючен конденсатор, параллельно которому включены последовательно соединенные перва  катушка индуктивности и тиристор, к которому подключены два разнопол рно вюпоченных диода - первый диод, включенный встречно с тиристором,, соединен с другой ишной питани  непосредственно, второй диод включен согласно с тиристором и последовательно со второй катушкой индуктивности - трансформатор и блок ошротно-импульсного управлени  тиристорами-. Инвертор устойчив- во вс-ем диапазоне изменени  сопротивлени  нагрузки от бесконечности до нулевого значени ; выходной параметр регулируетс  широтно-импул ьсньм методом.

Недостатки .этого инвертора - невозможность получени  переменного напр жени  (тока) с частотой, ниже, чем собственна  частота инвертировани ; неблагопри тные габаритно-весовые показатели при исполнении на низкие рабочее частоты.

Наиболее близким к изобретению  вл етс  последовательный инвертор{3 который содержит первую и вторую  чейки, группу параллельных ветвей, многофазный выпр мительный мост и блок широтно-импульсного управлени  тиристорами; кажда   чейка состоит .

,

0

5

35

40

45

50

55

из конденсатора, подключенного к со,- ответствующей шине питани , параллельно которому включены соединенные последовательно первый дроссель и тиристор, и через диод, включенный встречно с тиристором, соединена с противоположной шиной питани , а между собой  чейки соединены через группу параллельных ветвей, состо щих, кажда , из последоваТ12льно соединенных второго дроссел  и зашунтирован- ных тиристором второго диода и пер-г вичной обмотки трансфсзрматора, многофазный выпр мительный мост- подключен выходом встречно к шинам источ- кика питани  инвертора последовательно с каждым диодом моста вкл10че на вторична  обмотка одного из трансформаторов , к каждому диоду моста и вторичной обмотке трансформатора параллельно подключен конденсаторs, а входные зажимы моста подключены к выходным зажимам иьюертора. Данный инвертор позвол ет получить на его выходе переменное напр жение регулируемой частоты и амплитуды с различным числом фаз.

Недостатком указанного инвертора  вл ютс  сравнительно небольша  выходна , мощности и сложность конструкции , св занные с Нсшичием большого числа параллельных ветвей разр дного контура, в каждой из которых . протекает лишь мала  часть разр дного тока инвертора.

Цель изобретени  - упрощение за счет уменьшени  числа параллельных ветвей, при одновременном ув еличении мощности d

Цель достигаетс  тем, что в последовательном инверторе, содержащем первую и вторую  чейки, кажда  из которых подключена к одному соответствующему выходу источника питани  непосредственно , а к другому - через обратный диод и состоит из последовательно соединенных первого дроссел  . и тиристора, зашунтироватшых конденсатором , причем точки соединени   чеек с o6paTfib MH диодами соединены между собой через группу параллельных ветвей, состо щих кажда , из последовательно соединенных второго дроссел , подключенного к перв.ой  чейке, и зашунтированных вспомогательным тиристором второго диоца и первичной обмотки трансформатора, дополнительные цепочки, состо 1диеэ кажда , из

последовательно соединенных диода и первичной обмотки другого трансформатора , зашунтированных тиристором,многофазный выпр мительный мост, подключенный встречно к выводам источнн- ка питани , причем его выводы переменного тока соединены с выходными выводами, а каждое плечо состоит из последовательно соединенных диода и вторичной обмотки одного из указанных трансформаторов, зашунтированных конденсатором, а также блок широтно- импульсного управлени  тиристорами, последовательно с каждой из параллельных ветвей включена указанна  соответствующа  дополнительна  цепочка.

Таким образом, благодар  тому, что в каждой параллельной ветви первичные обмотки трансформаторов совместно со вторыми диодами и- тиристорами соединены попарно-последовательно , и один зажим каждой ветви подключен ко второй катушке индуктивности.

соединениой с первичной  чейкой, а второй зажим каждой ветви - ко второй  чейке, ток в каждой параллельной -ветви и соответственно в каждой первичной.обмотке трансформатора увеличиваетс  вдвое, что приводит к увеличению выходной мощности устройства вдвое, при этом устройство значительно упрощаетс , так как число параллельных ветвей уменьшилось вдвое

На фиг. 1 изображена схема трехфазного последовательного инвертора; на фиг. 2 - схема однофазного последовательного инвертора;на фиг, 3 а, б, в, г, д, е - диаграммы напр жений и токов В различных точках схемы инвертора; на фиг. 4 а, б, в - диаграммы токов i и напр же1Шй U в различных точках схемы многофазного выпр мительного моста.

Последовательный инвертор содержит  чейки 1 и 2, кажда  из которых

состоит из конденсатора 3, подключенного соответственно к положительному 4 и отрицательному 5 выводам исfO

5

15

20

.

27974

вспомогательными тиристорами 14 и 15 вторых диодов 1б и 17 и первичных обмоток 18-22, 23 трансформаторов; многофазный выпр мительный мост 24, подключенных выходом встречно к выводам 4 и 5 источника питани  инвертора , каждое плечо моста содержит вторичную обмотку 25, 26, 27, 28, 29 или 30, включенную последовательно с каждым диодом 31, 32, 33, 34, 35 или 36 моста 24, к каждому диоду 31-36 моста и вторичной обмотке 25-30 трансформатора параллельно подключен конденсатор 37, 38, 39, 40, 41 или 42, а выводы переменного тока 43, 44, 45 моста подключены к выходным выво - дам 46, 47, 48 инвертора; и блок 49 широтно-импульсного уп авлени  тиристорами 7, 14, 15, Буквами а-т показано соединение первичных обмоток 18- 23 с цеп ми параллельных ветвей 10, 11,12,

Инвертор работает следующим образом .

Перед пуском инвертора конденсаторы 3 в  чейках I и 2 зар жены от источника питани  до напр жени  на его выводах, например, за счет токов утечки диодов 8 и 9 (если эти токи много больше токов утечки тиристоров 7 в  чейках 1 и 2). Конденсаторы 37-42 зар жены до напр жени , равного половине напр жени  источника . Напр жени  на выходных выводах 46, 47, 48 инвертора равны нулю,

В момент времени t, (фиг, 3.а,б) импульсами запуска, поступающими из блока 49 управлени  (фиг. 1) одновременно включаютс  тиристоры 7 в  чейках 1 и 2 и происходит перезар д конденсаторов 3 через тиристоры 7 и дроссели 6. Колебательные контуры, образованные указанными конденсаторами 3 и дроссел ми 6, имеют высокую добротность и собственную частоту, в несколько раз большую рабочей час- . тоты инвертора, поэтому к концу первого полупериода перезар да (момент

25

30

35

40

45

точника питани , параллельно которому включены соединенные последовательно первый дроссель 6 и тиристор 7 и через встречные диоды 8, 9 соединены с соответствующим выводом источника , между собой  чейки 1 и 2 соединены через три параллельные ветви 10, 11, 12, состо щие, кажда , из последовательно соединенных второго дроссел  13 и зашунтированкых

времени tj на фиг. За) конденсаторы 3 оказываютс  зар жены до первоначальной величины напр жени , но противоположного знака. За отрезок времени t, t,j, - t, в контурах инвертора (фиг. 1) протекает импульс тока синусоидальной формы, показанной на фиг. 3 в, г. В момент времени t (фиг. За) ток в контурах спадает до нул , тиристоры 7 (фиг. 1) выключаютс , и начинаетс  обратный перезар д конденсаторов 3 по цепи источник пи-i ,тани , конденсатор 3  чейки I, парал-1 лельные ветви 10, 11, 2 (вторые дроссели 13, диоды 16 и 17, первич- 5 ные обмотки 19-24 трансформаторов), конденсатор 3  чейки 2 - синуьоидаль- ным импульсом тока (фиг. 3 г, д) дли12827976

В момент времени 1 {фиг. З.а) напр жение на конденсаторах 3 (фиг.-) и на тиристорах 7 становитс  равным нулю. В течение промежутка времени .-t

тельностью

Ч tn (фиг. За)

fO

причем в зависимости от текущей фазы выходного напр жени  инвертора один из тиристоров 1А или 15 (фиг. ) в каждой параллельной ветви 10, 11, 12 включаютс  импульсат, поступающими из блока 49 управлени  в момент вре- меки tg (фиг. За), шунтиру  соответствующие из первичных обмоток 18-23 трансформаторов. Импульсы включени  на оставшиес  невключенными тиристоры 15 или 14 параллельных ветвей 10, И, 12 выдаютс  блоком 49 управлени  с задержкой относительно момента вре- меЯи tj (фиг. За) в момент времени tj (фиг. Зе); при этом указанные тиристоры 15 или 14 шунтируют соответствующие из первичных обмоток 18-23 трансформаторов, так что ток в по- . следних протекает только в течение промежутка времени з t - t (фиг. Зе). Изменением длительности г от Гд О до 1э осуществл етс  пшротно-импульсное регулирование токов в первичных обмотках 18-23 (фиг. 1) и соответстьенно во вторичных обмотках 25-30 трансформаторов .

J v (фиг. Зб) к тиристорам 7 приложено обратное напр жение, это - врем , представл емое дл  восстановлени  запирающих свойств тиристоров 7 Затем конденсаторы 3 начинают зар жатьс  напр жением первоначальной пол рности . К моменту, когда напр жение на конденсаторах 3 достигает величины напр жени  источника питани , во вторых дроссел х 13, вход щих в параллельные ветви 10, II, 12, еще имеетс  некотора  избыточна  реактивна  знерги , котора  возвращаетс  в источник питани  по цепи дроссели 13, тиристоры 14 или 15 (либо диоды 16 или 17 и первичные обмотки 18-23 трансформаторов) диоды 8 и 9. В момент времени t (фиг. За) токи в цеп х инвертора прекращаютс  и схема возвращаетс  в исходное состо ние.На фиг. 4 а, б в представлены диаграммы токов во вторич1йр1х обмотках 25 и 28, наход щихс  в накрест лежащих плечах моста 18, и выходное напр жение (фиг. 4в) - между двум  из выходных зажимов 46 и 47 инвертора.

Работа однофазного инвертора (фиг. 2) происходит ан,алогично описанному вьшзе. Его схема отличаетс  .только наличием всего двух трансфор- 35 маторов, имеющих по одной первичной обмотке 19, 21 и по две вторичные 25, 26 или 27, 28, включен1ше в противолежащие плечи выпр мительного моста 24.

20

25

30

Поскольку тиристоры 14 и 15 управл ютс  независимо друг от друга , изменением длительности Т протекани  тока в обмотках отдельных трансформаторов вызываетс  разбаланс напр жений на конденсаторах 34- 42. Например, если в вети 9 тиристор 14, а в ветви 10 тиристор 15 будут включены раньше соответствующих тиристоров 15 и 14, то в первичных обмотках 19 и 22 ток будет отсутствовать , и напр жение на конденсаторах 38 и 39 увеличитс , а на конденсаторах З и 40 - уменьшитс . При этом между выходными выводами 46, 47 и 48 инвертора по вл ютс  напр жени , величину и закон изменени  которых можно регулировать изменением момента включени  каждого из тиристоров 14 и 15 отдельно.

В момент времени 1 {фиг. З.а) напр жение на конденсаторах 3 (фиг.-) и на тиристорах 7 становитс  равным нулю. В течение промежутка времени .-t

J v (фиг. Зб) к тиристорам 7 приложено обратное напр жение, это - врем , представл емое дл  восстановлени  запирающих свойств тиристоров 7 , Затем конденсаторы 3 начинают зар жатьс  напр жением первоначальной пол рности . К моменту, когда напр жение на конденсаторах 3 достигает величины напр жени  источника питани , во вторых дроссел х 13, вход щих в параллельные ветви 10, II, 12, еще имеетс  некотора  избыточна  реактивна  знерги , котора  возвращаетс  в источник питани  по цепи дроссели 13, тиристоры 14 или 15 (либо диоды 16 или 17 и первичные обмотки 18-23 трансформаторов) диоды 8 и 9. В момент времени t (фиг. За) токи в цеп х инвертора прекращаютс  и схема возвращаетс  в исходное состо ние.На фиг. 4 а, б в представлены диаграммы токов во вторич1йр1х обмотках 25 и 28, наход щихс  в накрест лежащих плечах моста 18, и выходное напр жение (фиг. 4в) - между двум  из выходных зажимов 46 и 47 инвертора.

Работа однофазного инвертора (фиг. 2) происходит ан,алогично описанному вьшзе. Его схема отличаетс  .только наличием всего двух трансфор- 5 маторов, имеющих по одной первичной обмотке 19, 21 и по две вторичные 25, 26 или 27, 28, включен1ше в противолежащие плечи выпр мительного моста 24.

При большом отношении частоты инвертировани  и выходной частоты устройства (как правило это отношение

0

5

0

0

составл ет примерно 2 пор дка) инвертор позвол е-т получить выходное

синусоидальное напр жение с достаточно малыми пульсаци ми с частотой инвертировани  на выходе.. Инвертор имеет высокую надежность и долговечность; коэффициент мощности со стороны питающей сети равен 1, КПД равен 0,9 (при мощности инвертора 5- 15 кВт). Инвертор прост по устройству и в эксплуатации и представл ет возможность раздельного регулирова- ни  частоты напр жени , фазового

сдвига напр жений отдельных фаз и пор дка следовани  фаз.

S

7 в

F/JU

n.

5

S ir.:ia

i jru Д

инЛ

fi

tirljp

: -1

a

3

ijf

IJ7

es

e

iJJ J9

17

/

7M т

r 4lV

S

«4

5

tt7

2у

-о

4

щ

л

; «/

« /ТУ

9