RU2045812C1

RU2045812C1 - Self-contained current inverter

Info

Publication number: RU2045812C1
Application number: RU93033727A
Authority: RU
Inventors: Евгений Андреевич Максимов
Original assignee: Евгений Андреевич Максимов
Priority date: 1993-06-28
Filing date: 1993-06-28
Publication date: 1995-10-10

Abstract

FIELD: conversion equipment. SUBSTANCE: self-contained current inverter has three-phase thyristor bridge with cut-off diodes and commutation capacitors connected in compliance with "star" or "delta" circuit. Zero lead-out of load or primary winding of output thyristor is coupled to common point of two capacitors or two inverted valves linked to input leads. EFFECT: improved compensation of reactive energy of inductive load. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразователям тока, и может быть использовано для преобразования постоянного тока в переменный со снижением несинусоидальности формы кривой выходного напряжения и повышением устойчивости работы преобразователя. The invention relates to electrical engineering, in particular to current converters, and can be used to convert direct current to alternating current with a decrease in the non-sinusoidality of the shape of the output voltage curve and an increase in the stability of the converter.

Известны компенсационные автономные инверторы тока, отличающиеся повышенной устойчивостью работы, где коммутирующие конденсаторы периодически перезаряжаются током нагрузки или его частью под действием дополнительных коммутирующих напряжений, пропорциональных току нагрузки. Схемы таких инверторов отличаются относительным усложнением. Known compensation autonomous current inverters, characterized by increased stability, where switching capacitors are periodically recharged by the load current or part thereof under the action of additional switching voltages proportional to the load current. The circuits of such inverters differ in relative complexity.

Известный автономный трехфазный инвертор тока с отсекающими диодами имеет трехфазный тиристорный мост с отсекающими диодами, анодную и катодную группы коммутирующих конденсаторов, соединенных по схеме "звезда". Отсекающие диоды повышают устойчивость коммутации тиристоров при меньших емкостях коммутирующих конденсаторов по сравнению с обычным параллельным инвертором, но реактивная мощность инвертора ограничена. При работе в схемах синхронного и асинхронного электропривода, а также в схемах параллельной работы с синхронным генератором на общую нагрузку возникает необходимость компенсации реактивной энергии инвертора, т.е. увеличения реактивной мощности инвертора, но при этом появляется проблема повышения устойчивости работы инвертора. Known autonomous three-phase current inverter with cut-off diodes has a three-phase thyristor bridge with cut-off diodes, anode and cathode groups of switching capacitors connected by a star circuit. Cut-off diodes increase the stability of thyristor switching at lower capacitances of switching capacitors compared to a conventional parallel inverter, but the inverter reactive power is limited. When working in synchronous and asynchronous electric drive circuits, as well as in parallel operation circuits with a synchronous generator for a common load, it becomes necessary to compensate the inverter reactive energy, i.e. increase in reactive power of the inverter, but the problem of increasing the stability of the inverter.

Целью изобретения является повышение эффективности компенсации реактивной энергии для повышения устойчивости коммутации тиристоров, увеличения реактивной мощности инвертора, снижение несинусоидальности кривой выходного напряжения при использовании минимального количества конденсаторов или минимального количества вентилей. The aim of the invention is to increase the efficiency of reactive energy compensation to increase the stability of thyristor switching, increase the reactive power of the inverter, reduce the non-sinusoidality of the output voltage curve using a minimum number of capacitors or a minimum number of valves.

Для достижения этой цели в известном автономном инверторе тока, содержащем трехфазный тиристорный мост с отсекающими диодами и коммутирующими конденсаторами, подсоединенными к точкам соединения тиристоров и диодов по схеме "звезда" или "треугольник", подключенном выводами постоянного тока через дроссели к источнику постоянного тока, а выводами переменного тока к цепи трехфазной нагрузки непосредственно или через трансформатор, введены два последовательно соединенных управляемых (или неуправляемых) обратных вентиля, либо два последовательно соединенных конденсатора, подключенных к точкам соединения дросселей и выводов источника постоянного тока и соединенных общей точкой с нулевым выводом нагрузки или нулевым выводом первичной обмотки трансформатора. To achieve this goal, in the well-known stand-alone current inverter containing a three-phase thyristor bridge with cut-off diodes and switching capacitors connected to the connection points of the thyristors and diodes in the "star" or "triangle" circuit connected to the DC leads through inductors to a direct current source, and AC leads to a three-phase load circuit directly or through a transformer; two controlled (or uncontrolled) check valves are connected in series, or two series properly connected capacitors connected to the connection points of the chokes and terminals of the DC source and connected by a common point with a zero output terminal or a zero terminal of the transformer primary winding.

С введением конденсаторов или вентилей по предлагаемой схеме инвертор компенсирует реактивную энергию с использованием ее для повышения уровня напряжения, приложенного к тиристору в фазе закрывания, а также для полезной работы в цепи нагрузки и для улучшения формы кривой выходного напряжения, при этом эффективность использования компенсированной энергии повышается за счет выявления импульса тока самоиндукции. With the introduction of capacitors or valves according to the proposed scheme, the inverter compensates for reactive energy by using it to increase the voltage level applied to the thyristor in the closing phase, as well as for useful work in the load circuit and to improve the shape of the output voltage curve, while the efficiency of using compensated energy is increased due to the detection of a current pulse of self-induction.

Таким образом основным признаком, отличающим изобретение от прототипа, является повышение коммутирующего напряжения за счет эффективного накопления энергии на коммутирующих конденсаторах, и как следствие качественное повышение устойчивости коммутации тиристоров. Thus, the main feature that distinguishes the invention from the prototype is the increase in switching voltage due to the efficient accumulation of energy on switching capacitors, and as a result, a qualitative increase in the stability of switching thyristors.

На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема автономного инвертора тока; на фиг.2 схема динамики токов. Figure 1 presents a circuit diagram of a stand-alone current inverter; figure 2 diagram of the dynamics of currents.

Автономный инвертор тока содержит трехфазный мост из тиристоров 1, 2-6 с отсекающими диодами 7, 8-12, коммутирующие конденсаторы анодной 13, 14, 15 и катодной 16, 17, 18 групп, соединенные по схеме "звезда"; компенсирующие вентили (или конденсаторы) 19 и 20, подключенные к точкам соединения дросселей и выводов источника постоянного тока и к нулевому выводу "N" нагрузки Z_н через реактор 21. За положительные значения напряжений на конденсаторах принимаются положительные потенциалы на выводах конденсаторов противоположных нулевой точке. За положительные значения токов принимаются токи, направленные к нулевой точке конденсаторов.Autonomous current inverter contains a three-phase bridge of thyristors 1, 2-6 with cut-off diodes 7, 8-12, switching capacitors of the anode 13, 14, 15 and cathode groups 16, 17, 18, connected by a star circuit; compensating valves (or capacitors) 19 and 20 connected to the connection points of the inductors and the terminals of the direct current source and to the zero terminal "N" of the load Z _n through the reactor 21. Positive potentials at the capacitor terminals opposite the zero point are taken as positive values of the voltages on the capacitors. For positive currents, currents directed to the zero point of the capacitors are taken.

Работа схемы показана на примере коммутации тока с выходящей из работы фазы "А" на входящую в работу фазу "В", когда в момент времени "2" открыты тиристоры 1 и 6, открывается тиристор 2. В этот момент на тиристор 1 действует обратное напряжение и закрывает его, а ток фазы "А" через тиристор 2 переходит на конденсаторы 14 и 13 (i'₁₃), при этом часть тока фазы "А" составляет ток разряда конденсаторов 13 и 14 через вентиль 19, т.е.The operation of the circuit is shown by the example of switching current from phase A to phase B to phase B when the thyristors 1 and 6 are open at time 2, thyristor 2 opens. At that moment, reverse voltage acts on thyristor 1 and closes it, and the current phase "a" 2 through the thyristor switches to the capacitors 14 and 13 (i _'13), wherein a portion of the current phase "a" is the discharge current of capacitors 13 and 14 through the valve 19, i.e.,

i'₁₃=i_d+i₁₉
По окончании перезаряда суммарное напряжение на конденсаторах 13 и 14 равно линейному U_ва, а ток i'₁₃ равен нулю, при этом на конденсаторах 13 и 14 напряжения будут равны, т.е.i _'13 = i _d + i ₁₉
At the end of recharging the total voltage across capacitors 13 and 14 is a linear U _va, and the current i _'13 is zero, while the capacitors 13 and 14 will be equal to the voltage, i.e.,

U₁₃=U₁₄=1/2U_ва.U ₁₃ = U ₁₄ = 1/2 U _wa .

В процессе затухания тока i'₁₃ протекает ток самоиндукции фазы "А" (i'₁₃), который через тиристор 2, вентиль 19 и дроссель Ld замыкается на конденсаторы 13 и 14. Форма тока i"₁₉ (i"₁₃) благодаря наличию в цепи дросселя Ld, носит характер выявленного импульса, следующего за импульсом тока i'₁₃. Время затухания тока i"₁₃ зависит от индуктивности нагрузки, но ограничено моментом времени "4", когда в фазе "А" ток меняет направление. Кроме упомянутых токов по конденсаторам 13-18 через отсекающие диоды, вентили 19, 20 и дроссель Ld протекают токи межфазного обмена
от фазы "В" к фазе "А":
iab по цепи "В"-11-17-18-6-Ld-20-19-Ld-2-14-13-7-"А";
от фазы "В" к фазе "С":
ibc по цепи "В"-11-17-18-6-Ld-20-19-Ld-2-14-15-"С". В результате по конденсатору 13 протекает сумма токов (см. фиг.2) i₁₃=i'₁₃+i"₁₃+iab+ibc, которая имеет вид геометрической суммы импульсов токов, разнесенных во времени, т.е. конденсаторы работают как сумматоры потенциалов импульсов тока. В результате сумма потенциалов двух конденсаторов (13. 14) превышает линейное напряжение Uab(Uл).Under current decay i 'phase inductance current ₁₃ flows "A"(i' _13), which through the thyristor 2, the valve 19 and closes the throttle Ld on capacitors 13 and 14 form a current i _"19 (i" ₁₃₎ due to the presence Ld choke circuit has the character detected pulse following the current pulse i _'13. The current decay time i " ₁₃ depends on the inductance of the load, but is limited by the time instant" 4 "when the current changes direction in phase" A. "In addition to the above-mentioned currents, capacitors 13-18 pass through the cut-off diodes, valves 19, 20 and the inductor Ld interphase exchange
from phase "B" to phase "A":
iab on the chain "B" -11-17-18-6-Ld-20-19-Ld-2-14-13-7- "A";
from phase "B" to phase "C":
ibc on the circuit "B" -11-17-18-6-Ld-20-19-Ld-2-14-15- "C". As a result, the capacitor 13 flows current amount (see FIG. 2) i ₁₃ = i _'13 + i _"13 + iab + ibc, which has the form of geometric sum current pulses, spaced in time, i.e., the capacitors function as combiners potentials of current pulses As a result, the sum of the potentials of two capacitors (13. 14) exceeds the linear voltage Uab (Uл).

Процесс повторяется циклично и аналогичен для каждого из шести плеч тиристорного моста. The process is repeated cyclically and is similar for each of the six arms of the thyristor bridge.

Обратные напряжения для тиристоров анодной группы выражаются суммами абсолютных величин напряжений на конденсаторах в момент времени: "2" Uобр_т1= /U₁₃/+/U₁₄/
"3" Uобр_т2=/U₁₄/+/U₁₅/
"1" Uобр_т3=/U₁₅/+/U₁₃/, откуда видно, что для момента "1", когда открывается тиристор 1, для закрывания тиристора 3 используется энергия суммирования в конденсаторах 13 и 15 между моментами "2", "4", "3", "5", сопряженные (суммарные) напряжения которых прикладываются к тиристору 3.The reverse voltages for the thyristors of the anode group are expressed by the sum of the absolute values of the voltages on the capacitors at a time: "2" Urev _t1 = / U ₁₃ / + / U ₁₄ /
"3" Uobr _T2 = / U ₁₄ / + / U ₁₅ /
"1" Uobr _t3 = / U ₁₅ / + / U ₁₃ /, which shows that for the moment "1", when opening the thyristor 1, for closing the thyristor 3 is used energy summation in the capacitors 13 and 15 between the times "2", " 4 "," 3 "," 5 ", the conjugate (total) voltage of which is applied to the thyristor 3.

Таким образом, наличие компенсирующих вентилей или конденсаторов в цепи с дросселями позволяет поднять коммутационное напряжение на тиристорах значительно выше приложенного, т.е. Thus, the presence of compensating valves or capacitors in the circuit with chokes allows you to raise the switching voltage on the thyristors much higher than the applied voltage, i.e.

Uобр_т>Ud, что объясняет высокую устойчивость работы инвертора в динамических режимах.Uobr _t> Ud, which explains the high resistance of the inverter in dynamic modes.

Автономный инвертор тока с отсекающими диодами по предлагаемой схеме получает следующие преимущества:
способность компенсировать реактивную энергию индуктивной нагрузки;
повышается устойчивость коммутации тиристоров в широком диапазоне нагрузок;
используется компенсированная реактивная энергия для полезной работы в цепи нагрузки с предварительным депонированием ее в коммутирующих конденсаторах;
улучшается качество кривой напряжения и тока, что снижает потери в электрических машинах.A stand-alone current inverter with cut-off diodes according to the proposed scheme receives the following advantages:
ability to compensate reactive energy of inductive load;
thyristor switching stability increases over a wide range of loads;
compensated reactive energy is used for useful work in the load circuit with its preliminary deposition in switching capacitors;
the quality of the voltage and current curves improves, which reduces losses in electric machines.

Перечисленные преимущества расширяют сферу применения предлагаемого инвертора по сравнению с прототипом и аналогом, он может быть использован в асинхронном и синхронном электроприводе, и энергетических установках. These advantages expand the scope of the proposed inverter in comparison with the prototype and analogue, it can be used in asynchronous and synchronous electric drives, and power plants.

Claims

1. A stand-alone current inverter containing a three-phase thyristor bridge with cut-off diodes and switching capacitors connected to the connection points of the thyristors and diodes in the "star" or "triangle" circuit, the DC terminals through the inductors in each pole are connected to the DC source, and the AC terminals current to the three-phase load circuit directly or through a transformer, characterized in that two serially connected controlled or uncontrolled check valves or two last connected They must be connected to a capacitor connected to the connection points of the inductors and the terminals of the DC source and connected to a common point with a zero terminal of the load circuit or a zero terminal of the primary winding of the transformer.

2. The current inverter according to claim 1, characterized in that a reactor is inserted into it, connected between the zero output of the load circuit and the common point of the series-connected capacitors or check valves.