SU1559389A1 - Автономный инвертор напр жени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к преобразовательной технике. Цель - улучшение энергетических показателей путем канализации избыточной энергии коммутации в нагрузку и снижение коммутационных напр жений. Устройство содержит источник питани  1 и мост на тиристорах (Т) 40-45. К Т 40-45 подключен мост распределительных Т 46-51, соединенный через коммутирующие диоды 28-29 с обмоткой 32 коммутирующего тиристора и коммутирующим конденсатором 27. Конденсатор 27 соединен с зар дными Т 23-26 и коммутирующими Т 19, 20. Реакторы 21, 22 магнитосв заны. В устройстве отсутствует накопление энергии на коммутирующем конденсатора, а его напр жение ограничиваетс  на уровне, незначительно превышающем входное напр жение источника 1. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

(21 4248612/24-07

(22) 21.05.87

(46) 23,. 04.90. Бюл. Vf 15

(71)Научно-исследовательский, про- ектно-конструкторский и технологический институт комплектного электропривода

(72)Г.Н, Коваливкер

(53)621.314.572(038.8)

(56) Авторское свидетельство СССР

N° , кл, Н 02 М 7/515, 01,02.85.

Авторское свидетельство СССР N° 1317588, кл. Н 02 М 7/515, 03.01.86.

Авторское свидетельство СССР Н° 1336170, кл. Н 02 М 7/515, 06.01.86.

Авторское свидетельство СССР № 1293807, кл. Н 02 М 7/515, 05.10.85.

(54)АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР НАПРЯЖЕНИЯ

(57) Изобретение относитс  к преобразовательной технике. Цель - улучшение энергетических показателей путем канализации избыточной энергии коммутации в нагрузку и снижение коммутационных напр жений. Инвертор содержит источник питани  1 и мост на тиристорах (Т) 40-45. К Т 40-45 подключен мост распределительных Т 46-51, соединенный через коммутирующие диоды 28-29 с обмоткой 32 коммутирующего тр-ра и коммутирующим конденсатором 27. Конденсатор 27 соединен с зар дными Т и коммутирующими Т 19, 20. Реакторы 21, 22 магнитосв - заны. В устройстве отсутствует накопление энергии на коммутирующем конденсаторе , а его напр жение ограничиваетс  на уровне, незначительно превышающем входное напр жение источника 1. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

О1 СП

Изобретение Ьтноситс  к преобразовательной технике и может быть использовано в тиристорных преобразовател х частоты, в частности в автономных инверторах напр жени  электровозов переменного тока с асинхронными т говыми двигател ми,,

Цель изобретени  - улучшение энер гетических показателей путем канализации избыточной энергии коммутации в нагрузку и снижение коммутационных напр жений с

На 1 изображена принципиальна  схема предлагаемого инвертора; на фиг, 2 - диаграмма, по сн юща  преобразование посто нного напр жени  з трехфазное переменное; на фиг.З диаграмма, по сн юща  электро магнитные процессы в предлагаемом инверторе .

Автономный инвертор напр жени  содержит источник 1 питани , состо щий из трансформатора 2$ тиристорно- го моста , сглаживающего реактора 7, фильтрового конденсатора 8, токо- ограничивающего реактора 9 дополнительный источник 10 питани , подключенный к системе 11 и 12 электроснабжени , выполненный в виде диодного моста 13-16, зар дного реактора 17, фильтрового конденсатора 18, коммутирующие тиристоры 19 и 20, дополнительный токоограничивающий реактор 21, коммутирующий реактор 22, зар дные тиристоры коммутирующие конденсаторы 27 и диоды 28 и 29 разр дные диоды 30 и 31 коммутирующий трансформатор с двум  обмотками 32 и 33s возвратные диоды 34 и 35, диоды 36 и 37 св зиj обратные диоды 38 и 39, главный тиристорный мост 40-45, распределительный тиристорный мост (46-5 i, нагрузку 52 и систему 53 управлени ,

Трехфазный мост главных тиристоров 40-45 подключен анодами через токоограничивающий реактор 21 к основной положительной шине источника 1 питани , трехфазный мост распределительных тиристоров 46-51 подсоединен выводами переменного тока к выводам переменного .тока трехфазного моста глав ных тиристоров 40-45, а выводами посто нного тока через обратные диоды 38 и 39 к соответствующим выводам посто нного тока трехфазного моста главных тиристоров, зар дный реактор 17 подключен одним выводом к поло

5

0

5

0

5

0

5

0

5

жительной шине дополнительного источника 10 питани , коммутирующие тиристоры 19 и 20 включены последовательно и общей точкой соединени  подключены к выводу коммутирующего конденсатора 27, разр дные диоды 30 и 31 соединены последовательно, возвратные диоды 34 и 35 - попарно последовательно , подсоединены соответственно к шинам дополнительного источника 10 питани , коммутирующие диоды 28 и 29 соединены согласно последовательно и подсоединены соответственно к выводам посто нного тока моста распределительных тиристоров 46-51, а общей точкой соединени  - к другому выводу коммутирующего конденсатора 2/, диоды 36 и 37 св зи соединены согласно последовательно и подключены к соответствующим шинам вспомогательного источника питани , коммутирующий трансформатор с обмотками 32 и 33 подсоединен выводами первичной обмотки к общим точкам соединени  коммутирующих и разр дных диодов, а выводами вторичной обмотки - к общим точкам соединени  возвратных диодов 3k и 35 и диодов 36 и 37 св зи, зар дные тиристоры включены последовательно и подсоединены к соответствующим шинам питани , тиристоры 25 и 26 общей точкой соединени  объединены с общей точкой соединени  коммутирующих диодов, а два других 23 и 24 общей точкой соединени  объединены с общей точкой соединени  коммутирующих тиристоров 19 и 20, коммутирующий реактор 22 подклю- чен одним выводом к основной отрицательной шине источника 1 питани  и другим выводом к катодам трехфазного моста главных тиристоров 40-45, система 53 управлени  автономным инвар- тором содержит регул тор частоты, распределитель импульсов управлени , .соединенный входом с выходом регул тора частоты, а выходами - через усилительно-разв зывающие узлы с управл ющими входами тиристоров

Обмотки токоограничивающего и коммутирующего реакторов выполнены с электромагнитной св зью и с одинаковой индуктивностью, а к их соответствующим выводам подсоединены выводы коммутирующих тиристоров 19 и 20 и разр дных диодов 30 и 31.

Согласно фиг. 1-3 предлагаемый инвертор работает следующим образом.

Согласно диаграмме фиг. 2 на интервале времени t0, провод т ток тиристоры 40, 42 и 45. В момент времени t1 производ т выключение тирис- тора 40. Дл  этого включают распределительный тиристор 47 и коммутирующий тиристор 19. При этом конденсатор 27, зар женный первоначально плюсом на правой обкладке, начинает перезар жатьс  по контуру: 27, 29 47, 40, 21, 19, 27 j вытесн   ток нагрузки из тиристора 4о.„

В момент времени t 2 (фиг. 3) ток в тиристоре 40 спадает до нул  (крива  Iv4c) и ток перезар да конденсатора 27 замыкаетс  по контуру: 27, 32, 30, 21, 29, 27. При этом к выключаемому тиристору 40 прикладываетс  напр жение первичной обмотки 32 коммутирующего трансформатора.

Плюс обмотки 32 через диод 29 и тиристор 47 прикладываетс  к катоду тиристора 40, минус обмотки 32 - через разр дный диод 30 к аноду тиристора 40. Таким образом, тиристор на интервале времени t2.3 восстанавливает свои вентильные свойства. При этом ток нагрузки выключаемой фазы и двух других фаз замыкаетс  по контуру: 8, 9, 19, 27, 29, 47, 52, 45, 22, 8 или 8, 9, 19, 27, 32, 30, 42, 52, 45, 22, 8.

В момент времени t за счет энергии , переданной конденсатором 27 то- коограничивающему реактору 21, на интервале времени t3.+ продолжаетс  его перезар д. При этом ток нагрузки в цепи конденсатора 27 спадает, а в цепи реактора 21 нарастает. В момент времени t ток конденсатора спадает до нул , а ток в реакторе IU2, нарастает до тока нагрузки, равного приблизительно 2/3 от тока, протекающего до момента выключени  тиристора 40, и замыкаетс  по контуру: 8, 9, 21, 42, 52, 45, 22, 8. Если в момент времени t напр жение на перезар дившемс  конденсаторе выше, чем входное ; напр жение инвертора, то ток выключаемой фазы замыкаетс  по цепи: 52, 45, 39, 47, 52. При этом тиристор 19 восстанавливает свои вентильные свойства за счет разности напр жени  (UCM- ис«) по контуру: 27, 19, 9, 8, 22, 39, 29, 27. Кроме того, существует второй контур дл  выключени  v wpKCtopa 19: 27, 19, 21, 30, 32, 27. Поскольку ток выключаемой фазы проте15

1559389

0

5

кает по контуру, в котором -отсутс вует коммутирующий реактор (Б 9, 27, 29, 47, 52, 45 22, 8), величина индуктивности реактора 9 на пор док меньше, чем индуктивность реакторов 21 или 22, то, как только иС:21станет выше UC2g, создаютс  услови  дл  выключени  тиристора 19 и реактивный ток (фиг. 3, крива  IV3S) замыкаетс  по указанному контуру (47, 52, 45, 39, 47). Если напр жение на конденсаторе 27 ниже входного напр жени  инвертора (источник 1 питани ), то конденсатор 27 зар жаетс  током нагрузки по контуру 8, 9, 19, 27, 29, 47, 52, 45, 22, 8 и в момент времени , когда UC17 становитс  выше, чем U,, реактивна  составл юща  тока

0 замыкаетс  по контуру: 47, 52, 45, 39, 47. В результате напр жение на коммутирующем конденсаторе независимо от величины тока нагрузки ограничиваетс  на уровне, незначительно

5 превышающем U,. Таким образом, в автономном инверторе не накапливаетс  энерги , обусловленна  выключаемым током нагрузки.

Согласно фиг, 3 на интервале вреQ меки Реактивна  составл юща  тс ка спадает (крива  1узэ), включаетс  тиристор 41, ток в фазе нагрузки 52 мен ет направление и начинает увеличиватьс  (крива  Т V4,), а ток в реак5

0

5

0

5

V 21

и „,,,)

торах 21 и 22 (кривые i увеличиваетс  до прежнего значени  В момент времени t fc включаютс  зэр дга ные тиристоры 23 и 26 и осуществл ет™ с  дозар д конденсатора 27 по цепи: 18, 17, 23, 26. В момент времени tr конденсатор зар жаетс  до исходного напр жени , и процесс коммутации заканчиваетс .

Выполнение коммутирующих реакторов 21 и 22 со взаимоиндуктивностью с коэффициентом потокосцеплени , близким к единице, позвол ет исключить коммутационные перенапр жени  на главных тиристорах автономного инвертора (кривые IV25 и I v 4l). как ЭДС самоиндукции и взаимоиндукции,, создаваемые в контуре 8, 9, 21, 40, 41 s 22, 8 действием реакторов 21 и 22, взаимно компенсируютс , то в процессе коммутации к тиристорам автономного инвертора прикладываетс  сумма напр жений , не превышающа  U, + U34.

В момент времени t8 осуществл ют коммутацию тиристора 45. Дл  этого

включают тирисчоры 50 и 20. Колебательным перезар дом конденсатора 27 ток нагрузки вытесн етс  из тиристора 45 по контуру: 27, 20, 22, Ь$, 50, 28, 27. Затем ток перезар да конденсатора 27 замыкаетс  по контуру: 27, 20, 22, 31, 32 9 27, вследствие чего к тиристору 5 прикладываетс  напр жение обмотки 32 коммутирующего транс- форматора. Далее на интервалах tj)3 (фиг. 2) процессы повтор ютс  аналогично .

Выполнение коммутирующих реакторов с электромагнитной св зью позвол ет расположить их в охлажденной шахте соосно и таким образом снизить их конструктивный объем.

Таким образом, в АЙН отсутствует накопление энергии на коммутирующем конденсаторе УПК, а его напр жение ограничиваетс  на уровне, незначительно превышающем входное напр жение источника 1 питани .

15

20

Блок управлени  автономным инверто-25 трехфазного моста главных тиристоров,

ром работает следующим образом. Согласно сигналу задани  Uf, поступающему на вход системы 53 регул тор частоты формирует последовательность пр моугольных положительных ил, UB, Uc и отрицательных ил, Ug, Uc импульсов, нормированных и сдвинутых во времени, поступающих на вход распределител  импульсов управлени . По задним фронтам указанных импульсов распределителем формируютс  узкие импульсы Кл,

К8, Кс, Кд, Ke, Kc, а также импульсы

рд Рв рс и fi РВ PC задержанные относительно задних фронтов импульсов , формируемых с выхода регул тора частоты на врем  восстановлени  вентильных свойств главных in коммутирующих тиристоров

Через усилительно-разв зывающие узлы импульсы U, U6, 1)С5 ид; Ug, Uc поступают на управл ющие входы главных тиристоров 4Q-k5f импульсы Кд Ка, Кс, Кл, Kg, Кс - на управл ющие входы распределительных тиристоров 46-51, импульсы Кд, К8, Кс, объединенные через логический ИЛИ, - ка управл ющий вход коммутирующего тиристора 19, импульсы Кл К&, Кс, объединенные через логический элемент ИЛИ,- на управл ющий вход тиристора 20,

импульсы РА, Р6, PC объединенные по ИЛИ, поступают на управл ющие входы зар дных тиристоров 23 и 26, а импульсы Р«, , Рс, объединенные по

98

ИЛИ, поступают на управл ющие входы зар дных тиристоров 2k и 25.

Цифровые обозначени  при алгоритмах переключени  ключей - у„ , у - v26 на фиг. 2 соответствуют номерам элементов устройства на фиг. 1, Така  же логика обозначений прин та и на фиг. 3.

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   1, Автономный инвертор напр жени , содержащий трехфазный мост главных тиристоров, подключенный анодами через токоограничивающий реактор к основной положительной шине питани , трехфазный мост распределительных тиристоров, подсоединенный выводами переменного тока к выводам переменного тока трехфазного моста главных тиристоров, а выводами посто нного тока через обратные диоды - к соответствующим выводам посто нного тока

   0

   5

   0

   5

   0

   5

   зар дный реактор, подключенный одним выводом к дополнительной положительной шине питани , два последовательно включенных коммутирующих тиристора , коммутирующий конденсатор, подключенный одним выводом к общей точке соединени  коммутирующих тиристоров , два последовательно соединенных разр дных диода, два попарно последовательно соединенных возвратных диода , подключенных к соответствующим вспомогательным шинам питани , два согласно последовательно включенных коммутирующих диода, подсоединенных своими соответствующими выводами к выводам посто нного тока моста распределительных тиристоров, два диода св зи, коммутирующий трансформатор, подсоединенный выводами первичной обмотки к общим точкам соединени  коммутирующих и разр дных диодов, а выводами вторичной обмотки - к общей точке соединени  возвратных диодов, два последовательно включенных зар дных тиристора, подсоединенных к соответствующим вспомогательным шинам питани  и общей точкой соединени  объединенных с общей точкой соединени  коммутирующих диодов, коммутирующий реактор, блок управлени  автономным инвертором, содержащий регул тор частоты, формирующий согласно частоте задани  последовательности пр моугольных положительных Uj и отрицательных индекс,

   U

   где j - фазный и сдвинутых

   j импульсов, нормированных во времени, распределитель импульсов управлени , соединенный входом с выходом регул тора частоты и формирующий по задним фронтам импульсов Kj и RJ

   импульсы

   и U;

   ;. узкие импульсы ветственно, а также

   соотJ

   и

   J

   PJ , задержанные относительно задних фронтов этих импульсов U и U: на врем  восстановлени  вентильных свойств главных и коммутирующих тиристоров , а также формирующий импульсы управлени  тиристорами инвертора в соответствии с логическими выражени ми

   F, UA; F2 ид; F3 - U8 5 F4 U , F5 Uc; F6 Jjc; F7 KA; F8 Vj

   9

   К

   с

   F3 Kg; F,o К

   F13 KA-K6-KC; FH КдК 8К

   11

   К

   с

   где F, Т -

   логические функции управлени  главными тириторами;

   F7 - Fj. - логические функции уп- равлени  распределительными тиристорами; FI3 F(4 - логические функции управлени  коммутирующими тиристорами,

   причем выходы распределител  импульсов управлени  с управл ющими выходами соответствующих тиристоров св заны через усилительно-разв зывающие узлы, отличающийс  тем, что, с целью улучшени  энергетических показателей путем канализации избыточной энергии коммутации в нагрузку и снижени  коммутационных напр жений,

   1 559389

   10

   ;

   10

   15

   30

   25 35

   в него дополнительно введены два последовательно соединенных зар дных тиристора , подключенных к соответствующим дополнительным шинам питани  и к общей точке соединени  коммутирующих тиристоров, коммутирующих конденсатор другим выводом подсоединен к общей точке соединени  коммутирующих диодов, коммутирующий реактор подключен одним выводом к основной отрицательной шине источника питани  и другим выводом - к катодам трехфазного моста главных тиристоров, диоды св зи соединены согласно последовательно и подключены к соответствующим шинам вспомогательного источника питани  м общей точкой соединени  к другому выводу вторичной обмот ки ком- 20 мутирующего трансформатора, причем выводы коммутирующих тиристоров и разр дных диодов подсоединены к соответствующим выводам токоограничиваю- щего и коммутирующего реакторов, а управл ющие входы дополнительно введенных зар дных тиристоров через усилительно-разв зывающие узлы св заны с выходами распределител  импульсов управлени , формирующего импульсы в соответствии со следующими логическими выражени ми:

   F. PA- V pcJ F« Рд-ps PC.
2. 2. Инвертор по п. 1, отличающийс  тем что обмотки то- коогрэничивающего и коммутирующего реакторов выполн ютс  с электромагнитной св зью и с одинаковой индуктивностью .