SU1555788A1

SU1555788A1 - Voltage inverter

Info

Publication number: SU1555788A1
Application number: SU874312270A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Николаевич Абрамов; Виктор Серафимович Васильев
Original assignee: Всесоюзный Заочный Политехнический Институт
Priority date: 1987-07-09
Filing date: 1987-07-09
Publication date: 1990-04-07

Abstract

Изобретение относитс к преобразовательной технике и предназначено дл использовани в частотно-регулируемом электроприводе. Цель - уменьшение стоимости и повышение надежности путем уменьшени числа тиристоров. Устройство содержит две группы основных тиристоров (анодную 1 - 3 и катодную 4 - 6), одна группа основных тиристоров всегда коммутируетс только после завершени коммутации в другой группе. Группа основных тиристоров 4 - 6, котора всегда коммутируетс второй, св зана с общим узлом коммутации с помощью диодов 14 - 16. Группа основных тиристоров, котора коммутируетс всегда первой, 1 - 3, св зана с общим узлом коммутации с помощью распределительных тиристоров 11 - 13. Узел коммутации состоит из коммутирующих тиристоров 7, 8, полностью управл емого ключа 9 и вспомогательного источника 10. Тиристор 8 отпирают с задержкой по отношению к тиристору 7. 5 ил.The invention relates to a converter technique and is intended for use in a variable frequency drive. The goal is to reduce cost and increase reliability by reducing the number of thyristors. The device contains two groups of main thyristors (anode 1 - 3 and cathode 4 - 6); one group of main thyristors always switches only after completion of switching in another group. A group of main thyristors 4-6, which is always switched by the second, is connected to a common switching node using diodes 14-16. The group of basic thyristors, which is always switched by the first one, 1-3 is connected to a common switching node by means of distribution thyristors 11 - 13. The switching node consists of switching thyristors 7, 8, a fully controlled key 9 and an auxiliary source 10. The thyristor 8 is unlocked with a delay relative to the thyristor 7. 5 Il.

Description

к to

сwith

елate

СПSP

ел 41ate 41

00 0000 00

па основных тиристоров, котора коммутируетс всегда первой, 1-3, св зана с общим узлом коммутации с помощью распределительных тиристоров 11-13.The main thyristor pa, which always switches first, 1-3, is connected to a common switching node using distribution thyristors 11-13.

Узел коммутации состоит из коммутиру15557884The switching node consists of a switch 15557884

ющих тиристоров 7, 8, полностью управл емого ключа 9 и вспомогательного источника 10. Тиристор 8 отпирают с задержкой по отношению к тиристору 7. 5 ил.thyristors 7, 8, a fully controlled key 9 and an auxiliary source 10. The thyristor 8 is unlocked with a delay relative to the thyristor 7. 5 ill.

Изобретение относитс к электроехнике и может быть применено в авономных инверторах напр жени ,предазначенных дл частотно-регулируемоо электропривода.15The invention relates to electrical equipment and can be applied to autonomous voltage inverters provided for a variable frequency drive.

Цель изобретени - уменьшение стомости и повышение надежности путем меньшени числа тиристоров.The purpose of the invention is to reduce the value and increase reliability by reducing the number of thyristors.

На фиг.1 представлена схема инверора; на фиг.2 - 4 варианты схемы; 20 а фиг.5 - временные диаграммы токов i и напр жений U на соответствующих элементах.схемы.Figure 1 presents the inverter circuit; 2 - 4 variants of the scheme; 20 and FIG. 5 shows timing diagrams of currents i and voltages U on the respective elements of the circuit.

Инвертор (фиг.О состоит из моста основных тиристоров 1-6, анодную 25 группу которого составл ют тиристоры 1-3, а катодную группу - тиристоры 4-6, узла коммутации, состо щего из последовательно включенных коммутирующих тиристоров 7 и 8, полностью зд управл емого ключа (запираемого тиристора )- 9 и вспомогательного источника 10 напр жени , распределительных тиристоров 11-13, соедин ющих анодную группу основных тиристоров 1-3 с узлом коммутации, диодов 14-16, соедин ющих катодную группу основных, тиристоров 4-6 с узлом коммутации, дросселей 17-J9, включенных в каждую стойку моста между основными тиристорами , обратный диодов 20-25.An inverter (FIG. O consists of a bridge of primary thyristors 1-6, the anodic 25 group of which consists of thyristors 1-3, and the cathode group — thyristors 4-6, a switching node consisting of series-connected commuting thyristors 7 and 8, fully healthy a controllable key (lockable thyristor) - 9 and an auxiliary voltage source 10, distribution thyristors 11-13, connecting the anode group of main thyristors 1-3 to the switching node, diodes 14-16, connecting the cathode group of main, thyristors 4-6 with switching node, chokes 17-J9, included x in each rack of the bridge between the main thyristors, reverse diodes 20-25.

Управл ющие электроды основных тиристоров подключены к блоку 26 управлени , дополнительный блок 27 управлени выходом подключен к тирис- 45 торам 11-13, 7, 9 и блоку 28 задержки , соединенному выходом с вспомогательным блоком 29 управлени ,соединенным с тиристорами 8 и 9.The control electrodes of the main thyristors are connected to a control unit 26, an additional output control unit 27 is connected to thyristors 11-13, 7, 9 and a delay unit 28 connected by an output to an auxiliary control unit 29 connected to thyristors 8 and 9.

Процесс коммутации основных тирис- ,Q торов осуществл етс следующим образом . Ток нагрузки проходит по цепи: источник, тиристор 1, дроссель 17, фаза А нагрузки, фаза В нагрузки, дроссель 18, тиристор 5. Сначала не- обходимо закрыть тиристор той группы , котора св зана с узлом коммутации с помощью распределительных тиристоров . Дл этого включают коммути40The switching process of the main Tiris, Q tori is carried out as follows. The load current passes through the circuit: source, thyristor 1, choke 17, phase A of load, phase B of load, choke 18, thyristor 5. First, it is necessary to close the thyristor of the group associated with the switching node by means of distribution thyristors. For this include commi40

5five

0 0

5 five

Q Q

00

рующий 7, запираемый 9 и распределительный 11 тиристоры. К тиристору 1 прикладываетс обратное напр жение, приблизительно равное напр жению UK | дополнительного источника 10, которое составл ет пор дка 10 В. Тиристор 1 выключаетс , и ток нагрузки переходит с тиристора 1 в цепь запираемого тиристора 9. Кроме того, в цепи,образованной элементами 7, 10, 9, П, 17, 20, возникает ток под действием дополнительного источника 10. Этот ток ограничиваетс дросселем 17. Через интервал времени, превышающий врем восстановлени основного тиристора 1, запираемый тиристор 9 выключаетс по цепи управлени . Ток нагрузки переходит в обратный диод 23 и протекает по цепи: элементы 23, 17, фаза А, фаза В, элементы 18, 5. Ток, возникший в дросселе 17 под действием источника 10, замыкаетс через обратные диоды 23 и 20 и источник питани . Энерги , накопленна в дросселе от источника 10, передаетс в основной источник . Процесс отдачи энергии непродолжительный , так как напр жение основного источника U во много раз больше UH, После отдачи энергии диод 20 закрываетс , ток нагрузки замыкаетс по цепи: элементы 23, 17, А, В, элементы 18, 5. В напр жении нагрузки образуетс нулева пауза. На этом процесс коммутации основного тиристора 1 в анодной группе заканчиваетс .Ru 7, lockable 9 and distribution 11 thyristors. A reverse voltage is applied to the thyristor 1, approximately equal to the voltage UK | additional source 10, which is about 10 V. The thyristor 1 is turned off, and the load current passes from the thyristor 1 to the circuit of the lockable thyristor 9. In addition, in the circuit formed by elements 7, 10, 9, P, 17, 20, current under the action of an additional source 10. This current is limited by the inductor 17. At a time interval exceeding the recovery time of the main thyristor 1, the lockable thyristor 9 is turned off along the control circuit. The load current goes into the reverse diode 23 and flows through the circuit: elements 23, 17, phase A, phase B, elements 18, 5. The current generated in the inductor 17 by the source 10 is closed through the reverse diodes 23 and 20 and the power source. The energy stored in the choke from source 10 is transferred to the main source. The process of energy return is short-lived, since the voltage of the main source U is many times greater than UH. After the energy is returned, the diode 20 closes, the load current closes along the circuit: elements 23, 17, A, B, elements 18, 5. The load voltage is formed zero pause. This is where the switching process of the main thyristor 1 in the anode group ends.

Чтобы закрыть основной тиристор 5 в катодной группе, необходимо предварительно произвести рассмотренную коммутацию в анодной группе основных параметров, а затем включить коммутирующий тиристор 8 и запираемый тиристор 9. Ко всем основным тиристорам катодной группы через диоды 14 - 16 прикладываетс напр жение дополнительного источника 10 напр жени и эти тиристоры закрываютс . К трем дроссел 17-19 прикладываетс напр жение Ук через диоды 14-16. Но истечении времени, несколько превышеющего врем восстановлени основных тиристоров, запираемый тиристор 9 выключаетс по цепи управлени . Накопленна в трех дроссел х энерги возвращаетс в источник питани через диоды 20-25. После завершени процесса запирани тиристора 5 ток нагрузки проходит по цепи: элементы 23, 17, фаза А, фаза В, элементы 18, 21, источник питани . На нагрузке образуетс обратна пол рность напр жени и ток нагрузки уменьшаетс .To close the main thyristor 5 in the cathode group, it is necessary to make the considered switching in the anode group of the main parameters, and then turn on the switching thyristor 8 and the lockable thyristor 9. The voltage of the additional source 10 is applied to all the main thyristors of the cathode group and these thyristors are closed. The three voltage drops 17-19 are applied to the voltage Uk through diodes 14-16. But when the time elapses, which somewhat exceeds the recovery time of the main thyristors, the lockable thyristor 9 is turned off along the control circuit. Accumulated in three drops the energy is returned to the power source through diodes 20-25. After the thyristor 5 is shut off, the load current passes through the circuit: elements 23, 17, phase A, phase B, elements 18, 21, and a power source. On the load, the opposite polarity of the voltage is formed and the load current decreases.

На фиг.2 параллельно коммутирующему тиристору 7, к которому присоединены диоды 14-16, включен обратный диод 30. Это позвол ет уменьшить габариты , так как уменьшаетс общее количество диодов за счет исключени обратных диодов 20-22 (фиг.1), и кроме того, увеличить надежность работы (после закрывани запираемого тиристора 9 открываетс диод 30 и к тиристору 7 прикладываетс обратное напр жение, что способствует его надежному запиранию).In Fig. 2, parallel to the switching thyristor 7, to which diodes 14-16 are connected, a reverse diode 30 is turned on. This reduces the size, since the total number of diodes is reduced by eliminating the reverse diodes 20-22 (Fig. 1), and in addition to in addition, to increase the reliability of operation (after closing the lockable thyristor 9, a diode 30 is opened and a reverse voltage is applied to the thyristor 7, which contributes to its reliable locking).

В этом инверторе процессы происход т так же как и в схеме,изображенной на фиг.1, с тем лишь отличием, что после запирани анодной (или катодной ) группы основных тиристоров открываетс диод 30. Так, после запирани основного тиристора 1 и запирани тиристора 9 ток, накопленный в дросселе 17, замыкаетс по цепи: элементы 23, 17, 14, 30, источник питани . В инверторе, изображенном на фиг.З, в шину питани включен вспомогательный тиристор 31 между коммутирующим тиристором 7, к которому подключены диоды 14-16, и группой основных тиристоров 1-3, обща точка которых соединена с другим коммутирующим тиристором. Это позвол ет исключить три распределительных тиристора 11 - 13 (фиг.2) и тем самым сократить общее число тиристоров, а также уменьшить число быстродействующих тиристоров и тем самым уменьшить установленную мощность узла коммутации.In this inverter, the processes occur as in the circuit shown in Fig. 1, with the only difference that after locking the anode (or cathode) group of main thyristors, diode 30 opens. So, after locking the main thyristor 1 and locking the thyristor 9 the current accumulated in the choke 17 is closed along the circuit: elements 23, 17, 14, 30, power source. In the inverter shown in FIG. 3, an auxiliary thyristor 31 is connected to the power bus between the switching thyristor 7, to which diodes 14-16 are connected, and a group of main thyristors 1-3, the common point of which is connected to another switching thyristor. This makes it possible to eliminate three distribution thyristors 11-13 (Fig. 2) and thereby reduce the total number of thyristors, as well as reduce the number of high-speed thyristors and thereby reduce the installed power of the switching node.

Принцип действи отличаетс тем, что дл коммутации на высокой частоте запираетс вспомогательный тиристор 31. Дл этого включают коммутирующий тиристор 7 и запираемый тиристор 9. После выключени запираемого тиристора 9 основные тиристоры 1 - 3 обесточиваютс . Если до коммутации были открыты основные тиристоры 1 иThe principle of operation is characterized in that for switching at high frequency, auxiliary thyristor 31 is locked. For this purpose, switching thyristor 7 and lockable thyristor 9 are turned on. After turning off lockable thyristor 9, the main thyristors 1 to 3 are de-energized. If the main thyristors 1 and

10ten

2020

2525

5 и ток приходил по фазам А и В, то после обесточивани тиристора 1 ток нагрузки замыкаетс по цепи: фаза А, фаза В, элементы 18, 5, 23, 17, фаза А. В выходном напр жении образуетс нулева пауза.5 and the current came in phases A and B, then after de-energizing the thyristor 1 the load current closes in the circuit: phase A, phase B, elements 18, 5, 23, 17, phase A. In the output voltage, a zero pause is formed.

Дл смены комбинации работающих основных тиристоров сначала произво- ; дитс коммутаци тиристора 31, а после ее завершени включают коммутирующий тиристор 8 н запираемый тиристор 9. К основным тиристорам 4-6 катодной группы через разв зывающие диоды 14 - 15 16 прикладываетс обратное напр жение UK,и они закрываютс .После их запирани выключаетс запираемый тиристор 9 .При работающих фазах А и В ток нагрузки замыкаетс по цепи: элементы 24,18,фаза В,фаза А,элементы 17,14,30, источник питани . После этого можно включить любую необходимую комбинацию основных тиристоров.To change the combination of working main thyristors, firstly produce; The switching of the thyristor 31 is switched on, and after it is completed, the switching thyristor 8n lockable thyristor 9 is switched on. Reverse voltage UK is applied to the main thyristors 4-6 of the cathode group through the isolating diodes 14-15-16 and the locked thyristor is turned off after they are locked. 9. During the working phases A and B, the load current is closed along the circuit: elements 24,18, phase B, phase A, elements 17,14,30, power supply. After that, you can turn on any necessary combination of main thyristors.

При однопол рной ШИМ, котора чаще используетс в массовом электроприводе , по высокой частоте (частота ШИМ) коммутируетс только вспомогательный тиристор 31, и поэтому он один должен быть-высокочастотным с малым временем восстановлени . Основные же тиристоры коммутируютс по низкой выходной частоте, и могут быть менее быстродействующими, а значит и более дешевыми. Так как по высокой частоте (частоте ШИМ) узел коммутации включаетс на короткое врем , определ емое временем восстановлени высокочастотного тиристора 31, то установленна мощность узла коммутации может быть снижена. В схеме инвертора, изображенной на фиг.З, между точками 32 и 33 включен источник 34 вспомогательного напр жени последовательно с коммутирующим тиристором 8, включенным параллельно мосту основных тиристоров. Это увеличивает надежность запирани той группы основных тиристоров 1-3, котора соединена с вспомогательным тиристором 31.With unipolar PWM, which is more often used in a mass electric drive, only auxiliary thyristor 31 is switched over high frequency (PWM frequency), and therefore it alone must be high frequency with a low recovery time. However, the main thyristors are switched at a low output frequency, and may be less fast, and therefore cheaper. Since the high frequency (PWM frequency) switching node turns on for a short time, determined by the recovery time of the high frequency thyristor 31, the installed power of the switching node can be reduced. In the inverter circuit depicted in FIG. 3, auxiliary voltage source 34 is connected between points 32 and 33 in series with switching thyristor 8, connected in parallel with the main thyristor bridge. This increases the reliability of locking the group of main thyristors 1-3, which is connected to the auxiliary thyristor 31.

5050

30thirty

3535

4040

4545

После запирани вспомогательного тиристора 31 и тиристора 9 тиристоры 1 - 3 анодной группы обесточиваютс и в выходном напр жении образуетс ну- лева пауза. Но если токи утечек тиристоров 31 и 9 превышают ток удержани основного тирнстрра (например, тиристора 1), то основной тиристор 1 пропускает малый ток и не выключаетс .After locking the auxiliary thyristor 31 and thyristor 9, the thyristors 1–3 of the anode group are de-energized and a zero pause is formed in the output voltage. But if the leakage currents of the thyristors 31 and 9 exceed the holding current of the main tyrnstr (for example, thyristor 1), then the main thyristor 1 passes a small current and does not turn off.

На работу по ШИМ это не вли ет, так как основной ток нагрузки не может пройти через этот основной тиристор 1. Но при смене комбинации тиристоров по выходной частоте этот основной тиристор остаетс включенным,что не только нарушает работу, но и может привести к короткому замыканию, когда включитс тиристор 4.This does not affect the PWM operation, since the main load current cannot pass through this main thyristor 1. But when changing the combination of thyristors at the output frequency, this main thyristor remains on, which not only disrupts the operation, but may also cause a short circuit when the thyristor is turned on 4.

При наличии вспомогательного источника 34 напр жени после отпирани коммутирующего тиристора 8 (коммутаци по выходной частоте) к основным тиристорам 1 - 3 анодной группы прикладываетс обратное напр жение Ua через обратные диоды 23-25. Это обеспечивает надежное запирание тиристоров анодной группы. Величина напр жени источников 10 (Us) и 34 (Un) -JQ с тем, что, с целью уменьшени стонапр жени небольша - пор дка 10 В.If there is an auxiliary voltage source 34, after unlocking the switching thyristor 8 (switching over the output frequency), the main thyristors 1 to 3 of the anode group apply the reverse voltage Ua through the reverse diodes 23-25. This ensures reliable locking of the anode group thyristors. The magnitude of the voltage sources 10 (Us) and 34 (Un) -JQ so that, in order to reduce thermal stress, it is small - about 10 V.

Claims

Invention Formula

A voltage inverter containing a capacitorless switching unit and a three-phase main thyristor bridge with separation circuits and reverse diodes connected in parallel to each of the main thyristors connected to the power supply terminals, and the average output connected to the corresponding output terminal, and the condenser-free node switching is made in

and increase reliability by reducing the number of thyristors, diodes are used as the mentioned gates, and the control electrode

25 of the second switching thyristor, connected to the distribution thyristors, is connected to the output of the input auxiliary control unit. nor connected in addition to

30 to the control electrode of the switching key, and the input of the inserted unit is connected to the output of the delay unit connected by the input to the output of the additional control unit.

as a series of two switching thyristors and an auxiliary power source connected between them and a switching fully controlled key, the first switching thyristor is connected via a gate to the main thyristors of one bridge group, and the second switching thyristor is connected to another group of main bridge thyristors, a main thyristor control unit connected to an additional control unit whose outputs are connected to control electrodes distribution and first switching thyristors and switching keys, a delay unit that distinguishes and enhances reliability by reducing the number of thyristors, diodes are used as the mentioned gates, and the control electrode

the second switching thyristor connected to the distribution thyristors is connected to the output of the input auxiliary control unit. nor connected in addition to

The control electrode of the switching key, and the input of the inserted unit are connected to the output of the delay unit connected by the input to the output of the additional control unit.

FIG. g

Schig.z

Fy