RU2107984C1 - Regulated-power dc-to-three-phase inverter - Google Patents
Regulated-power dc-to-three-phase inverter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2107984C1 RU2107984C1 RU96108750A RU96108750A RU2107984C1 RU 2107984 C1 RU2107984 C1 RU 2107984C1 RU 96108750 A RU96108750 A RU 96108750A RU 96108750 A RU96108750 A RU 96108750A RU 2107984 C1 RU2107984 C1 RU 2107984C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- switching
- circuit
- thyristors
- phase
- switch
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Rectifiers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для питания и частотного пуска мощных (более 10 кВт) асинхронных двигателей. Может быть использовано для питания мощных синхронных двигателей и активно-индуктивной нагрузки с переменной частотой и напряжением. Изобретение позволяет эффективно использовать тиристоры в схемах преобразователей постоянного напряжения в трехфазное переменное, где применение других полупроводниковых приборов затруднено по техническим или экономическим причинам. The invention relates to a Converter equipment and is intended for power and frequency start-up of powerful (more than 10 kW) induction motors. It can be used to power powerful synchronous motors and active-inductive loads with variable frequency and voltage. The invention allows the efficient use of thyristors in circuits of DC-to-three-phase AC converters, where the use of other semiconductor devices is difficult for technical or economic reasons.
Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное, регулируемый по цепи питания (далее преобразователь) относится к устройствам, в состав которых входят: регулируемый источник постоянного напряжения, сглаживающий LC или C - фильтр, трехфазный мостовой коммутатор напряжения (далее коммутатор), узлы принудительной коммутации главных тиристоров. A DC-to-three-phase AC voltage converter, regulated along the power supply circuit (hereinafter referred to as the converter), refers to devices that include: an adjustable DC voltage source, an LC or C smoothing filter, a three-phase bridge voltage switch (hereinafter referred to as the switch), main thyristor switching units .
По способу управления изобретение относится к преобразователям, величина выходного напряжения которых изменяется за счет регулирования по цепи постоянного напряжения, а форма выходного напряжения и частота формируются коммутатором, содержащим в плече встречно-включенные главный тиристор и диод. Наличие LC - или C-фильтра, узлов принудительной коммутации главных тиристоров с коммутирующими конденсаторами и источников их подзаряда в этих схемах является обязательным. According to the control method, the invention relates to converters, the output voltage of which changes due to regulation along the DC voltage circuit, and the shape of the output voltage and frequency are formed by a switch containing in the arm counter-connected main thyristor and diode. The presence of an LC - or C-filter, forced switching nodes of the main thyristors with switching capacitors and sources of their charge in these circuits is mandatory.
Особенностью работы преобразователя является сохранение постоянного выходного тока, близкого к номинальному, при глубоком изменении напряжения и частоты на выходе (с соблюдением соотношения Uвых./Fвых. = const), что создает особые условия работы узла принудительной коммутации главных тиристоров коммутатора, при которых требуется сохранить коммутационную устойчивость главных тиристоров при низких значениях напряжения источника постоянного напряжения на входе коммутатора.A feature of the converter operation is the preservation of a constant output current close to the nominal current when the voltage and frequency at the output are deeply changed (observing the ratio U o / F o = const), which creates special conditions for the operation of the forced switching unit of the main thyristors of the switch, under which it is required to maintain the switching stability of the main thyristors at low voltage values of the constant voltage source at the input of the switch.
Известны устройства, позволяющие решить поставленную задачу [1-4]. Схемы [1] и [2] объединяет наличие колебательного LC-контура, входящего в контур коммутации главных тиристоров инвертора напряжения, отсутствие дополнительных источников подзаряда коммутирующих конденсаторов, однако они обладают рядом недостатков. Во-первых, ток заряда коммутирующего конденсатора проходит через главный тиристор; во-вторых, на форму выходного напряжения накладывается напряжение переходного процесса при заряде коммутирующего конденсатора; в-третьих, необходимы узлы коммутации для каждой фазы, что делает схему более сложной; в-четвертых, невозможность отключить главный тиристор инвертора при включении его на короткое замыкание в нагрузке. При изменении напряжения источника постоянного напряжения необходимы дополнительные источники подзаряда коммутирующих конденсаторов. Устройства [3, 4] требуют для решения поставленной задачи источника заряда коммутирующего конденсатора, но обладают недостатками, описанными в [5]. Known devices that allow to solve the problem [1-4]. Schemes [1] and [2] are united by the presence of an oscillatory LC circuit included in the switching circuit of the main thyristors of the voltage inverter, the absence of additional sources of recharging of switching capacitors, but they have several disadvantages. Firstly, the charge current of the switching capacitor passes through the main thyristor; secondly, the voltage of the transient process is superimposed on the shape of the output voltage when the switching capacitor is charged; thirdly, switching nodes are necessary for each phase, which makes the circuit more complex; fourthly, the inability to turn off the main thyristor of the inverter when it is turned on for a short circuit in the load. When the voltage of the constant voltage source changes, additional sources of charging of the switching capacitors are needed. Devices [3, 4] require a commutation capacitor charge source to solve the problem, but have the disadvantages described in [5].
В качестве прототипа принята схема [5] преобразователя трехфазного напряжения в трехфазное переменное, регулируемого по цепи питания, узел коммутации главных тиристоров которого содержит источник подзаряда коммутирующего конденсатора, в качестве которого используется напряжение на конденсаторе входного фильтра или его части. Данный преобразователь со своим узлом принудительной коммутации главных тиристоров реализуем при условии неизменности напряжения источника питания и при наличии промежуточного преобразователя постоянного напряжения в постоянное со своим обязательным выходным фильтром. Однако схема такого преобразователя является достаточно сложной из-за наличия промежуточного звена преобразования постоянного напряжения в регулируемое постоянное и выходного фильтра. К недостаткам схемы можно отнести большой ток перезаряда коммутирующего конденсатора, так как величина емкости фильтровых конденсаторов на несколько порядков превышает величину емкости коммутирующих конденсаторов. As a prototype, a circuit [5] for converting a three-phase voltage to a three-phase variable, regulated by a power supply circuit, the switching unit of the main thyristors of which contains a charging source of a switching capacitor, which uses the voltage across the capacitor of the input filter or part thereof, is adopted. This converter with its own node for the forced switching of the main thyristors is implemented provided that the voltage of the power source is constant and in the presence of an intermediate DC-DC to DC converter with its own obligatory output filter. However, the circuit of such a converter is rather complicated due to the presence of an intermediate link for converting a constant voltage to an adjustable constant and an output filter. The disadvantages of the circuit include a large overcharge current of the switching capacitor, since the capacitance of the filter capacitors is several orders of magnitude higher than the capacitance of the switching capacitors.
Цель изобретения - упрощение схемы преобразователя за счет использования регулируемого источника постоянного напряжения и усовершенствования узла принудительной коммутации главных тиристоров коммутатора в составе преобразователя, при сохранении высокой коммутационной устойчивости тиристоров коммутатора при постоянстве выходного тока преобразователя (на уровне номинального) при изменениях частоты и напряжения на выходе преобразователя, снижение коммутационных потерь за счет исключения из контура перезаряда коммутирующего конденсатора фильтровых конденсаторов и отсутствия потребления мощности от сети дополнительным источником перезаряда коммутирующего конденсатора в номинальных режимах работы преобразователя. The purpose of the invention is to simplify the converter circuit by using an adjustable constant voltage source and improving the forced switching unit of the main thyristors of the switch as part of the converter, while maintaining high switching stability of the thyristors of the switch with constant output current of the converter (at the nominal level) with changes in the frequency and voltage at the output of the converter , reduction of switching losses due to exclusion from the circuit of the overcharge of the switching conde filter capacitors and the absence of power consumption from the network as an additional source of recharge of the switching capacitor in the nominal operating modes of the converter.
Указанная цель достигается двумя различными схемными решениями (вариантами). Общим и существенным для решения являются:
наличие дополнительной схемы перезаряда, обеспечивающей независимость работы узла принудительной коммутации от изменяющегося напряжения источника питания;
двухступенчатый способ коммутации главных тиристоров коммутатора;
наличие в узле принудительной коммутации главных тиристоров коммутатора разделительных тиристоров, которые создают условия автономной работы узла;
колебательный перезаряд коммутирующего конденсатора;
индивидуальное воздействие на главные тиристоры коммутатора.The specified goal is achieved by two different circuit solutions (options). The general and essential for the solution are:
the presence of an additional recharge circuit, which ensures the independence of the operation of the forced switching unit from the changing voltage of the power source;
two-stage switching method of the main thyristors of the switch;
the presence in the node of forced switching of the main thyristors of the switch of separation thyristors, which create the conditions for the autonomous operation of the node;
oscillatory recharge of a switching capacitor;
individual effects on the main thyristors of the switch.
Применение изобретения позволяет получить следующие преимущества:
независимость работы узла принудительной коммутации от изменяющегося напряжения источника постоянного напряжения преобразователя, что ведет к повышению коммутационной устойчивости главных тиристоров при снижении напряжения на входе коммутатора и сохранении тока нагрузки на уровне, близком к номинальному (расчетному);
упрощение схемы преобразователя за счет отсутствия преобразователя постоянного напряжения и регулируемое постоянное и выходного фильтра;
снижение токов перезаряда коммутирующего конденсатора;
оптимальный выбор емкости коммутирующего конденсатора, величина которой определяется величиной напряжения на дополнительном источнике перезаряда, временем выключения главных тиристоров, величиной тока перезаряда;
отсутствие потребления мощности дополнительным источником перезаряда коммутирующего конденсатора в номинальном режиме, компенсация потерь в контуре коммутации при этом осуществляется за счет источника питания преобразователя;
большая универсальность узла принудительной коммутации в составе преобразователей разной конфигурации.The application of the invention allows to obtain the following advantages:
the independence of the operation of the forced switching unit from the changing voltage of the DC voltage source of the converter, which leads to an increase in the switching stability of the main thyristors while reducing the voltage at the input of the switch and maintaining the load current at a level close to the nominal (rated) one;
simplification of the converter circuit due to the absence of a constant voltage converter and an adjustable constant and output filter;
reduction of switching capacitor overcharge currents;
the optimal choice of the capacitance of a switching capacitor, the value of which is determined by the voltage on the additional source of recharge, the turn-off time of the main thyristors, the magnitude of the recharge current;
the absence of power consumption by an additional source of overcharge of the switching capacitor in the nominal mode, the compensation of losses in the switching circuit is carried out at the expense of the converter power source;
greater versatility of the forced switching unit as part of converters of different configurations.
На фиг. 1 представлен первый вариант преобразователя; на фиг. 2 - отличительный от фиг. 1 фрагмент второго варианта преобразователя. In FIG. 1 shows a first embodiment of a converter; in FIG. 2 - distinctive from FIG. 1 fragment of the second version of the Converter.
Общим для предлагаемых вариантов по фиг. 1 и 2 является последовательное соединение регулируемого источника постоянного напряжения 1, сглаживающего фильтра 2 и коммутатора 3. Далее описываются общие схемные решения для вариантов на примере одной фазы фиг. 1. Common to the proposed embodiments of FIG. 1 and 2 is a serial connection of an adjustable constant voltage source 1, a smoothing filter 2 and a switch 3. The following describes general circuit solutions for the options on the example of one phase of FIG. one.
Основной токоведущий контур коммутатора 3 образуют последовательно соединенные главный тиристор 4 анодом к плюсу коммутатора 3, главный тиристор 5 анодом к главному тиристору 4, катодом к минусу коммутатора 3. Тиристор 4 шунтирован обратным диодом 6, тиристор 5 шунтирован обратным диодом 7. Общая точка главных тиристоров 4 и 5 образует фазу (например, фазу А) коммутатора (или преобразователя). The main current path of the switch 3 is formed in series by the main thyristor 4 by the anode to the plus of the switch 3, the main thyristor 5 by the anode to the main thyristor 4, by the cathode to the minus of the switch 3. Thyristor 4 is shunted by the reverse diode 6, thyristor 5 is bypassed by the reverse diode 7. Common point of the main thyristors 4 and 5 forms the phase (for example, phase A) of the switch (or converter).
Узел принудительной коммутации 8 главных тиристоров коммутатора 3 состоит из последовательно соединенных от плюса к минусу коммутатора разделительного тиристора 9, анодом к плюсу коммутатора, дросселя 10, коммутирующего конденсатора 11, разделительного тиристора 12, катодом к минусу коммутатора. Параллельно последовательной цепочке из дросселя 10 и коммутирующего конденсатора 11 подключен 3-фазный тиристорный мост из коммутирующих тиристоров 13-18. Катодная группа из коммутирующих тиристоров 13-15 подключена к катоду разделительного тиристора 9, анодная группа из коммутирующих тиристоров 16-18 подключена к аноду разделительного тиристора 12. Общая точка коммутирующих тиристоров 13 и 16 образует фазу (например, фазу А). Фазные выводы 3-фазного моста из коммутирующих тиристоров соединены с соответствующими фазными выводами коммутатора 3. The forced switching unit 8 of the main thyristors of the switch 3 consists of serially connected from the plus to the minus of the switch of the separation thyristor 9, the anode to the plus of the switch, inductor 10, the switching capacitor 11, the separating thyristor 12, the cathode to the minus of the switch. In parallel to the series circuit of the inductor 10 and the switching capacitor 11, a 3-phase thyristor bridge of switching thyristors 13-18 is connected. The cathode group of switching thyristors 13-15 is connected to the cathode of the separating thyristor 9, the anode group of switching thyristors 16-18 is connected to the anode of the separating thyristor 12. The common point of the switching thyristors 13 and 16 forms a phase (for example, phase A). The phase outputs of the 3-phase bridge from the switching thyristors are connected to the corresponding phase outputs of the switch 3.
Контур перезаряда коммутирующего конденсатора 19 подключен параллельно цепочке из дросселя 10 и коммутирующего конденсатора 11 и состоит из последовательно соединенных в направлении перезаряда (от катода тиристора 9 к аноду тиристора 12) дросселя 20, диодного 3-фазного (или 2-фазного) моста 21 (анодная группа которого соединена с дросселем 20), тиристора перезаряда 22. Диодный мост 21 шунтирован конденсатором 23. The overcharge circuit of the switching capacitor 19 is connected in parallel to the chain of the inductor 10 and the switching capacitor 11 and consists of a series 20 connected in the direction of overcharging (from the cathode of the thyristor 9 to the anode of the thyristor 12), a diode 3-phase (or 2-phase) bridge 21 (anode the group of which is connected to the inductor 20), the recharge thyristor 22. The diode bridge 21 is shunted by the capacitor 23.
Вариант 2 (фиг. 2) отличается от варианта 1 тем, что в рассматриваемом функциональном блоке 24 (фиг. 1) вместо диодного моста 21, тиристора перезаряда 22, конденсатора 23 используется полууправляемый тиристорный 2-фазный мост, образованный тиристорами 25-27 (анодная группа) и диодами 28-30 (катодная группа). Анодная группа соединена с дросселем 20. Option 2 (Fig. 2) differs from option 1 in that in the
Принципы работы схемы рассмотрим на примере коммутации главного тиристора 4 (фиг. 1). Начальное напряжение (показано на фиг. 1 знаками плюс и минус без скобок) на коммутирующем конденсаторе 11 формируется в момент включения тиристора перезаряда 22. Происходит заряд коммутирующего конденсатора 11 в контуре перезаряда: 11-10-20-21 (и 23)-22-11. Величина напряжения на конденсаторе 23 определяется из условия обеспечения необходимого начального напряжения на коммутирующем конденсаторе 11, исходя из условий обеспечения коммутации главных тиристоров и уменьшения коммутационных потерь. We will consider the principles of the circuit using the example of switching the main thyristor 4 (Fig. 1). The initial voltage (shown in Fig. 1 by plus and minus signs without brackets) on the switching capacitor 11 is formed at the moment of switching on the thyristor recharge 22. There is a charge of the switching capacitor 11 in the overcharge circuit: 11-10-20-21 (and 23) -22- eleven. The magnitude of the voltage across the capacitor 23 is determined from the conditions for ensuring the necessary initial voltage at the switching capacitor 11, based on the conditions for ensuring switching of the main thyristors and reducing switching losses.
Для варианта 2 заряд коммутирующего конденсатора 11 осуществляется в контуре: 11-10-20-полууправляемый 3-фазный тиристорный мост 11. В дальнейшем, когда напряжение на коммутирующем конденсаторе 11 после окончания процесса коммутации превышает напряжение регулируемого источника питания 1 в номинальном режиме (напряжение источника 1 максимально), перезаряд коммутирующего конденсатора осуществляется только включением одного из тиристоров 25, 26 или 27. For option 2, the charge of the switching capacitor 11 is carried out in the circuit: 11-10-20-semi-controlled 3-phase thyristor bridge 11. In the future, when the voltage on the switching capacitor 11 after the end of the switching process exceeds the voltage of the regulated power supply 1 in the nominal mode (source voltage 1 maximum), the switching capacitor is recharged only by switching on one of the
По окончании процесса перезаряда коммутирующего конденсатора 11 тиристоры контура перезаряда 22 или 25-27 закрываются. Открываются коммутирующий тиристор 16 и разделительный тиристор 9. Происходит перезаряд коммутирующего конденсатора 11 в контуре: 11-16-6(4)-9-10-11 до полярности, указанной в скобках. В процессе перезаряда коммутирующего конденсатора 11 происходит отключение главного тиристора 4. Как только напряжение на коммутирующем конденсаторе 11 превысит напряжение регулируемого источника питания, разделительный тиристор 9 и коммутирующий тиристор 16 закрываются и процесс коммутации заканчивается. At the end of the process of recharging the switching capacitor 11, the thyristors of the circuit recharge 22 or 25-27 are closed. The switching thyristor 16 and the separation thyristor 9 are opened. The switching capacitor 11 is recharged in the circuit: 11-16-6 (4) -9-10-11 to the polarity indicated in brackets. In the process of recharging the switching capacitor 11, the main thyristor 4 is turned off. As soon as the voltage on the switching capacitor 11 exceeds the voltage of the regulated power supply, the isolation thyristor 9 and the switching thyristor 16 are closed and the switching process ends.
После окончания процесса коммутации включается цепь перезаряда 19 (тиристор перезаряда 22, вариант 1, или тиристоры перезаряда 25-27, вариант 2), напряжение на коммутирующем конденсаторе 11 устанавливается со знаками, показанными на фиг. 1 без скобок. При этом необходимо отметить, что перезаряд коммутирующего конденсатора 11 по варианту 1 происходит не только через конденсатор 23, но и через последовательно соединенные диоды моста 21, что позволяет снизить потребление из сети 3-фазного переменного напряжения. After the end of the switching process, the recharge circuit 19 (recharge thyristor 22, option 1, or recharge thyristors 25-27, option 2) is turned on, the voltage at the switching capacitor 11 is set with the signs shown in FIG. 1 without brackets. It should be noted that the recharging of the switching capacitor 11 according to option 1 occurs not only through the capacitor 23, but also through the series-connected diodes of the bridge 21, which allows to reduce the consumption of a 3-phase AC voltage from the network.
Если преобразователь работает в номинальном режиме, то по варианту 2 достаточно включить один из тиристоров 25, 26 или 27. Для варианта 1 отключение конденсатора 23 также исключает потребление энергии из 3-фазной сети, так как перезаряд коммутирующего конденсатора происходит при включении тиристора перезаряда 22, через последовательно соединенные диоды моста 21. If the converter operates in the nominal mode, then according to option 2, it is enough to turn on one of the
Величина индуктивности дросселей 10 и 20 определяется из условия обеспечения необходимого времени перезаряда, ограничения тока перезаряда, обеспечения колебательности перезаряда. The magnitude of the inductance of the chokes 10 and 20 is determined from the conditions for ensuring the necessary recharge time, limiting the recharge current, and ensuring the oscillation of the recharge.
Разделительные тиристоры 9 и 12 обеспечивают независимую от изменяющегося напряжения регулируемого источника питания 1 работу узла принудительной коммутации 8 в части поддержания необходимого начального напряжения на коммутирующем конденсаторе 11. Separating thyristors 9 and 12 provide the operation of the forced switching unit 8 independent of the changing voltage of the regulated power supply 1 in terms of maintaining the necessary initial voltage on the switching capacitor 11.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96108750A RU2107984C1 (en) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | Regulated-power dc-to-three-phase inverter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96108750A RU2107984C1 (en) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | Regulated-power dc-to-three-phase inverter |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2107984C1 true RU2107984C1 (en) | 1998-03-27 |
RU96108750A RU96108750A (en) | 1998-05-20 |
Family
ID=20180141
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU96108750A RU2107984C1 (en) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | Regulated-power dc-to-three-phase inverter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2107984C1 (en) |
-
1996
- 1996-04-26 RU RU96108750A patent/RU2107984C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Ситник Н.Х., Чернов С.С. Коммутационные узлы инверторов для электроподвижного состава с асинхронными тяговыми двигателями. Электротехническая промышленность. Сер. Тяговое и подъемно-транспортное электрооборудование, 1981, вып.1(73), с.23-26, рис.1. Ситник Н.Х., Сыркин В.Л. Тяговый асинхронный привод подвижного состава метрополитена. Министерство высшего и среднего специального образования СССР. Известия высших учебных заведений. Электромеханика. - Изд. Новочеркасского политехнического института, 1986, N 5, с.109-116, рис.2а. Булгаков В.А. Частотное управление асинхронными двигателями. - 3-е перераб.изд. - М.: Энергоиздат, 1982, с.137, рис.3.47. Забродин Ю.С. Узлы принудительной коммутации тиристоров. - М.: Энергия, 1974, с.89, рис.2.20. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6072707A (en) | High voltage modular inverter | |
US5627455A (en) | Boost topology with two outputs for power factor correction application | |
US11652408B2 (en) | Power converter used in a renewable energy device such as a photo-voltaic device or a wind energy device | |
EP0440245B1 (en) | Power source circuit | |
US5576943A (en) | Soft switched three phase inverter with staggered resonant recovery system | |
EP0782785A1 (en) | Improved zero-voltage-transition (zvt) 3-phase pwm voltage link converters | |
Suresh et al. | A novel dual-leg DC-DC converter for wide range DC-AC conversion | |
EP3735739B1 (en) | Power converter | |
WO2020248651A1 (en) | Off-line phase split device and inverter system | |
JPH05344708A (en) | Power converter | |
US20230249564A1 (en) | Charging device and vehicle | |
JP7121971B2 (en) | Three-phase AC-DC converter | |
RU2732851C2 (en) | Adjustable boosting voltage rectifier | |
RU2107984C1 (en) | Regulated-power dc-to-three-phase inverter | |
SU1119141A1 (en) | A.c.-to-a.c. converter | |
RU2726156C1 (en) | Boosting voltage rectifier | |
JP2000069754A (en) | Converter circuit | |
RU2061994C1 (en) | Dc=to-three-phase-ac voltage changer (options) | |
RU2762338C1 (en) | Static voltage converter | |
RU2107980C1 (en) | Forced switching unit for power thyristors of off-line three-phase voltage inverter | |
Mao et al. | Novel soft switched three-phase voltage source converters with reduced auxiliary switch stresses | |
RU2088036C1 (en) | Unit for forced switching of power thyristors of three-phase autonomous voltage inverter | |
Dabour et al. | Analysis and control of simplified dual-output single-phase split-source boost inverters | |
RU2124263C1 (en) | Valve-type converter | |
WO2010006479A1 (en) | Dc-dc converter and method of converting a high voltage dc current to a low voltage dc current |