RU1777220C - Автономный инвертор тока - Google Patents

Abstract

Использование: в тиристорных приводах переменного тока. Сущность изобретени : устройство содержит трехфазные мосты главных тиристоров (Т) (5-Ю) и распределительных Т ). Коммутирующие конденсаторы

Description

Изобретение относитс  к области преобразовательной техники и может быть использовано в тиристорных при- водах переменного тока, предназначенных дл  питани  асинхронных электродвигателей , в частности в тиристорных преобразовател х частоты, предназначенных дл  питани  т говых асинхронных электродвигателей наземного электротранспорта.

Известен автономный инвертор тока D1 содержащий трехфазный мост главных тиристоров, выводы переменного тока которого соединены с выходными выводами, три коммутирующих конденсатора , два коммутирующих тиристора и блок управлени  с распределителем импульсов.

Известный автономный инвертор тока имеет значительную массу и конструктивный объем коммутирующих конденсаторов вследствие недоиспользовани  их по частоте вызодного напр жени , поскольку каждый конденсатор выключает только тиристоры, подсоединенные к одному выводу нагаузки. Установленна  мощность конденсаторов существенно увеличиваетс  из-за их перезар да в процессе коммутации с одного знака напр жени  на другой.

Известен автономный инвертор тока 23, содержащий подключенный к входным выводам через сглаживающие реакторы трехфазный мост главных тиристоров, выводы переменного тока которого соединены с выходными выводами , первую и вторую коммутирующие цепи, кажда  из которых состоит из согласно-последовательно соединенных коммутирующих конденсатора.

VI XI Ч

ю ю о

дроссел , зар дного тиристора и коммутирующего диода, два перезар дных тиристора, первый из которых подсоединен анодом к коммутирующему конденсатору первой коммутирующей цепи, а второй катодом подсоединен к коммутирующему дроссел;о второй коммутирующей цепи, два перезар дных диоды, два разделительных диода, коммутирующий трансформатор, состо щий из двух первичных обмоток с пцследова- тельно соединенными выключающими диодами и двух ВТОРИЧНЫХ обмоток с последовательно соединенными возвратными тиристорами, фильтровой конденсатор , подсоединенный к выводам дополнительного источника питани  посто нного напр жени , основной коммутирующий тиристор, подсоединенный анодом к положительному выводу фильтрового конденсатора, блок управлени  состо щий из последовательно включенных задатчика частоты и распределит тел  импульсов управлени , подсоединенного соответствующими выводами к управл ющим входам главных, перезар дных , коммутирующих и возвратных тиристоров.

К недостаткам устройства следует отнести двухступенчатую коммутацию, св занную с предварительным перезар дом коммутирующих конденсаторов, и их значительную установленную мощность , св занную с перезар дом конденсаторов от пика до пика напр жени , что не позвол ет использовать известное устройство в установках наземного электротранспорта с ограниченным конструктивным объемом.

Целью изобретени   вл етс  улучшение технико-экономических показателей за счет снижени  установленной мощности конденсаторов коммутирующих цепей.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в автономный инвертор тока дополнительно введен трехфазный мост распределительных тиристоров, соединенный выводами переменного тока с выводами переменного тока трехфазного моста главных тиристоров, дополнительный коммутирующий тиристор, со- единенный катодом с отрицательным выводом фильтрового конденсатора, причем катоды основного коммутирующего и первого перезар дного тиристоров и коммутирующего диода подключены к точке соединени  анодов трехфаз5

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ного распределительного тиристорно- го моста, а аноды дополнительного коммутирующего и второго перезар дного тиристоров и коммутирующего диода подключены к точке соединени  ка- тодов трехфазного распределительного тиристорного моста, перезар дные диоды подсоединены встречно-параллельно первому и второму перезар дным тиристорам , первичные обмотки коммутирующего трансформатора с последовательно соединенными выключающими диодами включены соответствующими выводами между цеп ми управлени  и катодами основного и дополнительного коммутирующих тиристоров, разделительные диоды соединены катодами с анодами основного и дополнительного коммутирующих тиристоров, а анодами - с катодами соответствующих выключающих диодов, положительный вывод фильтрового конденсатора подключен к катодам двух возвратных тиристоров и к выводу дроссел  первой коммутирующей цепи, а отрицательный катод фильтрового конденсатора соединен с выводами вторичных обмоток коммутирующего трансформатора и с выводом конденсатора второй коммутирующей цепи, при этом в распределитель импульсов блока управлени  дополнительно введены шесть одновибраторов и два логических элемента ИЛИ, выходы которых через усилительно-разв зывающие элементы подключены к управл ющим входам распределительных тиристоров и к управл ющим входам основного и дополнительного коммутирующих тиристоров, а в качестве основного и дополнительного коммутирующих тиристоров использованы выключаемые или комбинированно-выключаемые по цепи управлени  тиристоры.

Ожидаемый от использовани  изобретени  положительный эффект заключаетс  в том, что по сравнению с устройствами 1 и Ј2 пульсации напр жени  на фильтровом конденсаторе составл ют всего 5-10%, вследствие чего его установленна  мощность может быть меньше в 40-50 раз.

На фиг.1 представлена структура силовых цепей устройства; на фиг.2 - диаграмма управлени  устройством.

Автономный инвертор (см.фиг.1) содержит входные выводы 1 и 2 дл  подключени  источника питани , сглаживающие реакторы 3 и 4, через которые к входным выводам подключен выводами посто нного тока трехфазный мост главных тиристоров 5-Ю выводы переменного тока которого соединены с выходными выводами, подсоединенными к трехфазной нагрузке 11-13, трехфазный мост распределительных тиристоров 14-19, подсоединенный выводами переменного тока к выводам - переменного тока трехфазного моста главных тиристоров, первую коммутирующую цепь, состо щую из последовательно включенных коммутирующих дроссел  20, конденсатора 21 зар дного тиристора 22, вторую коммутирующую цепь, состо щую из зар дного тиристора 23 коммутирующих дроссел  2 и конденсатора 25, фильтровой конденсатор 26 с последовательно включенным реактором 27, подсоединенный своими выводами к источнику посто нного напр жени  28 и к выводам первой и второй коммутирующих цепей, осУстройство согласно диаграмме импульсов управлени , представленной на фиг.2 работает следующим образом. Предположим, что в момент времени t0 фильтровой конденсатор 26 зар жен пол рностью напр жени , указанной на фиг.1, а конденсаторы 21 и 25 пол рностью напр жени , указанной в .JQ скобках. Согласно диаграмме импульсов управлени  на интервале времени 0-1 включены тиристоры 8 и 9, и ток нагрузки замыкаетс  по цепи: 1,3,9, 13,12,8,4,2. В момент времени 1 15 выключают тиристор 9 дл  чего подают одновременно импульсы управлени  на тиристоры 29 и 30, 5,18,15. В результате включени  тиристоров конденсатор 26 разр жаетс  по цепи: 26, 20 27,29,18,9,5,15,30,26, и тиристор

9 выключаетс . При этом к нему прикч ладываетс  обратное напр жение конденсатора 25 (плюс 26 прикладываетс  через тиристоры 29 и 18 к катоду

новной 29 и дополнительный 30 коммути-25 тиристора 9, минус 26 прикладываетрующие тиристоры, подсоединенные к выводам фильтрового конденсатора и к выводам посто нного тока трехфазного распределительного тиристорного моста, два коммутирующих диода 31 и 32, подсоединенных между выводами фильтрового конденсатора и выводами посто нного тока трехфазного распределительного тиристорного моста, две пары встречно-параллельно включенных перезар дных тиристора и диода 33,34 и 35,36, подсоединенных к выводам зар дных распределительных тиристоров, коммутирующий трансформатор с двум  первичными 37 и 38 и двум  вторичными обмотками 39 и 40, подсоединенный выводами первичных обмоток через выключающие диоды 41 и 42 к управл ющим входам основного и дополнительного коммутирующих тиристоров , а выводами вторичных обмоток - через возвратные тиристоры 43 и 44 к источнику питани  посто нного напр жени  (28), разделительные диоды 45 и 46, подсоединенные к выводам первичных обмоток коммутирующего трансформатора (37,38) к плюсовому выводу источника питани  и катодам тиристоров трехфазного распределительного моста, блок управлени  4, состо щий из задатчика частоты 48 и распределител  импульсов 49, подсоединенный к управл ющим входам тиристоров устройства.

7772206

Устройство согласно диаграмме импульсов управлени , представленной на фиг.2 работает следующим образом. Предположим, что в момент времени t0 фильтровой конденсатор 26 зар жен пол рностью напр жени , указанной на фиг.1, а конденсаторы 21 и 25 пол рностью напр жени , указанной в .JQ скобках. Согласно диаграмме импульсов управлени  на интервале времени 0-1 включены тиристоры 8 и 9, и ток нагрузки замыкаетс  по цепи: 1,3,9, 13,12,8,4,2. В момент времени 1 15 выключают тиристор 9 дл  чего подают одновременно импульсы управлени  на тиристоры 29 и 30, 5,18,15. В результате включени  тиристоров конденсатор 26 разр жаетс  по цепи: 26, 20 27,29,18,9,5,15,30,26, и тиристор

9 выключаетс . При этом к нему прикч: ладываетс  обратное напр жение конденсатора 25 (плюс 26 прикладываетс  через тиристоры 29 и 18 к катоду

0

5

0

5

0

5

с  через тиристоры 30,15 и 5 к аноду тиристора 9), и он восстанавливает свои вентильные свойства.

При выключении тиристора 9 ток выключаемой фазы,замыкаетс  по контуру: 1,3,5,15,30;26,27,29,18,13,12 8,4,2,1, вследствие чего конденсатор 26 разр жаетс . При включении тиристоров 29 и 30 конденсаторы 21 и 25 перезар жаютс  по контурам: 21, 20,29,34,2t,25,24,36,30,25.

В результате колебательного перезар да конденсаторы 21 и 25 перезар жаютс  на противоположную пол рность (знак напр жени  указан без скобок). С выдержкой времени Ј, , равной интервалу времени восстановлени  вентильных свойств силовых тиристоров trt, включаютс  перезар дные тиристоры 33 и 35, вследствие чего тиристоры 29 и 30 выключаютс  по контурам:+21,33, 29,20,21; +25,30,35,24,25. При выключении тиристоров 29 и 30 избыточный ток перезар да конденсаторов замыкаетс  по контурам: 21,33,37,45,20 21 и 25,38,46,35,24,25. При этом в первичных обмотках коммутирующего трансформатора навод тс  ЭДС, плюс которых прикладываетс  к катодам тиристоров 29 и 20,вследствие чего по цепи управлени  тиристоров 29 и 30 протекает отрицательный ток, способствующий выводу зар дов основных носителей из области управл ющего

перехода и п-эмиттера, что способствует более быстрому восстановлению вентильных свойств тиристоров 29 и 30. При этом одновременно подаютс  импульсы управлени  на тиристоры 43, 44 вследствие чего во вторичных обмотках коммутирующего трансформатора наводитс  ЭДС,ток которой замыкаетс  по контурам: 39,43,27,26,39; 40,44, 27,26.

Коэффициент трансформации коммутирующего трансформатора К1|4 между первичными и вторичными обмотками выбираетс  таким образом, что к цепи управлени  тиристоров 29 и 30 прикла-С дываетс  обратное напр жение, не превышающее допустимое обратное напр жение цепи управлени  дл  комбинированно включаемых и двухоперацион- ных тиристоров.

Обмотки коммутирующего трансформатора расположены таким образом, что сердечник трансформатора перемаг

ничиваетс  перед каждой очередной

коммутацией. При выключении тиристоров 29 и 30 ток нагрузки выключаемой фазы замыкаетс  по цепи: 1,3,5, 15,32,27,26,31,18,13,12,8,4,2,1, вследствие чего энерги  выключаемой фазы закачиваетс  в фильтровой конденсатор .

По мере спада тока нагрузки в выключаемой фазе нарастает ток нагрузки в фазе 11 по цепи: 1,3,5,11 12,8,4,2. По окончании процессов в . контуре коммутации одновременно включаютс  тиристоры 22 и 23, вследствие чего осуществл етс  подзар д конденсаторов 21 и 25 по цепи: 26,27,23,24, 25,26; 26,27,20,21,22,26.

Поскольку половину полупериода протекани  тока нагрузки выключаемой фазы через конденсатор 26 он разр жаетс , а другую половину полупери- ода дозар жаетс , то независимо от тока нагрузки напр жение на фильтровом конденсаторе остаетс  неизменным.

В момент времени 2 выключают тиристор 8 включением очередного главно го тиристора 10 распределительных тиристоров 17 и 18 и коммутирующих тиристоров 29 и 30. При этом конденсатор 26 разр жаетс  по цепи: 26,27, 29,18,10,8,17,30,26. В результате тиристор 8 выключаетс  и ток нагрузки выключаемой фазы 12 замыкаетс  по цепи: 1,3,5,11,12,17,30,26,27,29,18 10,4,2,1. При этом конденсатор 26

5 0

5

30

35 40

45

50 55

разр жаетс  и тер ет часть своей энергии. Со сдвигом включаютс  тиристоры 33 и 30, вследствие чего тиристоры 29 и 30 выключаютс , при этом ток нагрузки замыкаетс  по цепи: 1,3,5,11,12,17,32,27.26,31,18,10,4, 2,1, В результате конденсатор зар жаетс  током нагрузки и напр жение на его выводах возрастает, вследствие чего ток нагрузки в фазе 12 спадает, а в фазе 13 нарастает по цепи: 1,3, 5,11,13,10,4,2,1. В моменты времени 3-8 электромагнитные процессы повтор ютс .

j,

Напр жение на конденсаторе 26 остаетс  посто нным, и величина его пульсаций составл ет 5-10%, вследствие чего установленна  мощность фильтрового конденсатора получаетс  в несколько раз меньше, чем коммутирующего .

При подключении обмотки коммутирующего трансформатора параллельно цепи управл ющего электрода комму- - тирующих тиристоров облегчаютс  процессы их выключени  и снижаютс  коммутационные перенапр жени . Установленна  мощность конденсаторов 21 и . 25 мала по сравнению с коммутирующими конденсаторами в устройствах 1 и 2, вследствие чего суммарна  установленна  мощность конденсаторов в устройстве снижаетс  и улучшаютс  технико-экономические показатели.

Claims (2)

1. Автономный инвертор тока, содержащий подключенный к входным выво-. дам через сглаживающие реакторы трехфазный мост главных тиристоров, выводы переменного тока которого соединены с выходными выводами, первую и вторую коммутирующие цепи, кажда  из которых состоит из согласно последовательно соединенных коммутирующих конденсатора, дроссел , зар дного тиристора и коммутирующего диода, два перезар дных тиристора, первый из которых подсоединен анодом к коммутирующему конденсатору пероой коммутирующей цепи, а второй катодом подсоединен к коммутирующему дросселю второй коммутирующей цепи, два перезар дных диода, два разделительных диода, коммутирующий трансформатор, состо щий из двух первичных обмоток

9 17 с последовательно соединенными выключающими диодами и двух вторичных обмоток с последовательно соединенными возвратными тиристорами, фильтровой конденсатор, подсоединенный к выводам дополнительного источника питани  посто нного напр жени , основной коммутирующий тиристор, подсоединенный анодом к положительному выводу фильт- рового конденсатора, блок управлени , состо щий из последовательно включенных задатчика частоты и распределител  импульсов управлени , подсоединенного соответствующими выводами к управл ющим входам главных, перезар дных , коммутирующих и возвратных тиристоров, отличающийс , тем, что, с целью улучшени  технико-экономических показателей за счет снижени  установленной мощности конденсаторов коммутирующих цепей, до- . полнительно введен трехфазный мост распределительных тиристоров, соединенный выводами переменного тока с выводами переменного тока трехфазного моста главных тиристоров, дополнительный коммутирующий тиристор , соединенный катодом с отрицательным выводом фильтрового кон- денсатора, причем катоды основного коммутирующего и первого перезар дно- го тиристоров и коммутирующего диода подключены к точке соединени  анодов трехфазного распределительного тирис- торного моста, а аноды дополнительного коммутирующего и второго пере- зар дного тиристоров и коммутирующее го диода подключены к точке соединени  , катодов трехфазного распределительно-

О10

го тиристора моста, перезар дные ди- оды подсоединены встречно параллельно первому и второму перезар дным тиристорам , первичные обмотки коммутирующего трансформатора с последовательно соединенными выключающими диодами включены соответствующими выводами между цеп ми управлени  и катодами основного и дополнительного коммутирующих тиристоров,разделительные диоды сое- динены катодами с анодами основного и дополнительного коммутирующих тиристоров , а анодами - с катодами соответствующих выключающих диодов, положительный вывод фильтрового конденсатора подключен к катодам двух возвратных тиристоров и к выводу дроссел  первой коммутирующей цепи, а отрицательный катод фильтрового конденсатора соединен с выводами вторичных обмоток коммутирующего трансформатора и с выводом конденсатора второй коммутирующей цепи, при этом в распределитель импульсов блока управлени  дополнительно введены шесть одновибраторов и два логических элемента ИЛИ, выходы которых через усилительно-разв зывающие элементы подключены к управл ющим входам распределительных тиристоров и к управл ющим входам основного и дополнительного коммутирующих тиристоров

2. Инвертор поп.1,отличаю щ и и с   тем, что в качестве основного и дополнительного коммутирующих тиристоров использованы выключаемые или комбинированно выключаемые по цепи управлени  тиристоры.