SU1631684A1

SU1631684A1 - Inverter

Info

Publication number: SU1631684A1
Application number: SU884606405A
Authority: SU
Inventors: Владимир Михайлович Шатунов; Дмитрий Иванович Гурьянов; Виктор Васильевич Кашканов; Александр Донактович Бесхмельницын
Original assignee: Тольяттинский политехнический институт; Волжское объединение по производству легковых автомобилей
Priority date: 1988-11-22
Filing date: 1988-11-22
Publication date: 1991-02-28

Abstract

Изобретение относитс к силовой преобразовательной технике и может быть использовано , в частности, дл питани т говых двигателей электромобилей. Целью изобретени вл етс повышение КПД. Устройство содержит цепочку из коммутирующих конденсатора 7 и дроссел 8. Два плеча образуют основные тиристоры 1 и 3, зашун- тировакные обратными диодами 2 и 4. Коммутирующий конденсатор 7 включен между общей точкой коммутирующих тиристоров 5 и 6 и общей точкой основных тиристоров 1 и 3. К точке соединени конденсатора 7 и дроссел 8 подключена пара встречных тиристоров 9 и 10. Наличие пары тиристоров 9,10 позвол ет расширить диапазон регулировани напр жени на коммутирующем конденсаторе как за счет ограничени притока энергии, так и за счет вывода избыточной энергии из контура коммутации. 2 ил.The invention relates to power converter technology and can be used, in particular, for powering electric vehicle traction engines. The aim of the invention is to increase efficiency. The device contains a chain of switching capacitor 7 and droplets 8. Two shoulders form the main thyristors 1 and 3, which are shunted by reverse diodes 2 and 4. The switching capacitor 7 is connected between the common point of the switching thyristors 5 and 6 and the common point of the main thyristors 1 and 3. A pair of opposing thyristors 9 and 10 is connected to the junction point of the capacitor 7 and the throttle 8. The presence of a pair of thyristors 9, 10 allows you to extend the range of voltage regulation on the switching capacitor, both by limiting the energy flow and m excess energy output from the switching circuit. 2 Il.

Description

II

АПAP

СО СWITH S

tttt

8 eight

////

О WO w

5five

0000

NN

Фиг. 1FIG. one

Изобретение относитс к силовой пре- образозательной технике и может быть использовано во вторичных источниках питани с однофазной и трехфазной нагрузкой , в частности дл питани т гового двигател электромобил .The invention relates to a power conversion technique and can be used in secondary power sources with single-phase and three-phase loads, in particular for powering an electric vehicle traction motor.

Цель изобретени - повышение КПД. На фиг. 1 представлена принципиальна схема тиристорного преобразовател ; на фиг. 2 - временные диаграммы тока с и напр жени Uc коммутирующего конденсатора .The purpose of the invention is to increase efficiency. FIG. 1 is a schematic diagram of a thyristor converter; in fig. 2 shows timing diagrams of current c and voltage Uc of a switching capacitor.

Инвертор содержит два плеча, одно из которых состоит из основного тиристора движени 1 и включенного встречно ему обратно диода 2. Другое плечо, включенное последовательно с первым, состоит из основного тиристора торможени 3 и включенного встречно ему обратного диода 4. Коммутирующие тиристоры 5 и 6 соединены с коммутирующим конденсатором 7, образующим с коммутирующим дросселем 8 последовательную LC-цепочку К общей точке конденсатора и дроссел подключены анодом встречный тиристор 9 и катодом встречный тиристор 10. Нагрузка 11, в частности ею может быть последовательна цепь из кор т гового двигател и сглаживающего дроссел , включена между общей точкой основных тиристоров и отрицательным входным выводом.The inverter contains two shoulders, one of which consists of the main thyristor of motion 1 and the opposite diode 2 connected back to it. The other shoulder connected in series with the first consists of the main braking thyristor 3 and the reverse diode 4 connected oppositely. Switching thyristors 5 and 6 are connected with a switching capacitor 7, which forms with a switching choke 8 a serial LC-chain. The counter thyristor 9 and the cathode are connected to the common point of the capacitor and the throttle by the anode of the thyristor 9 and the cathode of the counter thyristor 10. The load 11, in particular it can be a series circuit of the motor core and the smoothing throttle, connected between the common point of the main thyristors and the negative input terminal.

При трехфазной нагрузке каждый мост обслуживает одну из фаз нагрузки. Инвертор осуществл ет широтно-импульсное регулирование выходного напр жени , Различают два основных режима работы преобразовател : режим т ги и режим торможени . В режиме т ги основными вл етс тиристор движени 1, а в режиме торможени -тиристор торможени 3. Тиристоры 5, 6, 9 и 10 выполн ют смен ющие друг друга функции в режимах т ги и торможени . В режиме т ги тиристор 5 выполн ет роль коммутирующего, а через тиристор 6 осуществл етс холостой перезар д конденсатора 7. При этом через тиристор 5 также осуществл етс подпитка, а через тиристор 9 - сбор энергии коммутирующего контура. В режиме торможени тиристор б выполн ет роль коммутирующего, а через тиристор 5 осуществл етс холостой перезар д конденсатора 7. При этом через тиристор 6 также осуществл етс подпитка, а через тиристор 10 - сброс энергии коммутирующего контура. Диоды 2 и 4 включаютс поочередно. С их помощью образуютс контуры перезар да конденсатора 7, а также цепи наброса и сбора энергии в коммутирующий контур.With a three-phase load, each bridge serves one of the load phases. The inverter provides pulse-width regulation of the output voltage. There are two main modes of operation of the converter: the thrust mode and the deceleration mode. In the pull mode, the main one is the thyristor of motion 1, and in the deceleration mode, the deceleration thyristor 3. The thyristors 5, 6, 9, and 10 perform the functions of the throttle and deceleration alternating with each other. In the pull mode, the thyristor 5 performs the role of a commutator, and through the thyristor 6 the idle recharge of the capacitor 7 is performed. In this case, the thyristor 5 also feeds and through the thyristor 9 it collects the energy of the switching circuit. In the deceleration mode, the thyristor b performs the role of a commutator, and through the thyristor 5, the idle recharge of the capacitor 7 is performed. In this case, the thyristor 6 is also replenished, and through the thyristor 10, the energy of the switching circuit is reset. Diodes 2 and 4 are switched on alternately. With their help, the circuits for recharging capacitor 7, as well as circuits for charging and collecting energy into the switching circuit, are formed.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

В режиме т ги энерги поступает в нагрузку из источника через тиристор 1. Запирание тиристора 1 производитс следующим образом. От схемы управлени включаетс тиристор 5 и конденсатор 7, права обкладка которого имеет в этот момент t0 положительный потенциал, начина0 ет разр жатьс по контуру 7-8-1-5-7, В момент ц ток 1С конденсатора достигает тока нагрузки 1Н и тиристор 1 выключаетс . Дальнейший перезар д конденсатора происходит по контуру 7-8-2-5-7. НагрузкаIn the pull mode, energy is supplied to the load from the source through the thyristor 1. The thyristor 1 is locked in the following way. From the control circuit, the thyristor 5 and the capacitor 7 are turned on, the lining of which has a positive potential at this time t0, begins to discharge along the circuit 7-8-1-5-7, At the time tc, the current 1C of the capacitor reaches the load current 1H and the thyristor 1 off. A further recharge of the condenser takes place along the contour 7-8-2-5-7. Load

5 продолжает подпитыватьс от источника питани через диод 2. В момент t2 напр жение на конденсаторе достигает по абсолютной величине напр жени источника, начина с этого момента целесообразно5 continues to be energized from the power source through diode 2. At time t2, the voltage across the capacitor reaches the absolute value of the source voltage, starting from this point it is advisable

0 включать тиристор 10. Момент t3 включени тиристора 10 определ ет величину напр жени на конденсаторе 7. В момент ta тиристор 5 под действием обратного напр жени конденсатора 7 запираетс и0 to turn on the thyristor 10. The moment t3 of turning on the thyristor 10 determines the magnitude of the voltage on the capacitor 7. At the time ta the thyristor 5 under the action of the reverse voltage of the capacitor 7 is locked and

5 энерги , запасенна в дросселе 8, в случае, если ток дроссел больше тока нагрузки, рекуперируетс в источник питани по цепи 8-2-10-8. В тот момент, когда ток дроссел снижаетс до величины тока нагрузки, диод5, the energy stored in choke 8, in case the throttle current is greater than the load current, is recovered to the power source via circuit 8-2-10-8. At that moment, when the throttle current is reduced to the magnitude of the load current, the diode

0 2 запираетс , а диод 4 отпираетс . При этом образуетс контур 8-4-10, по которому замыкаетс ток дроссел 8, и контур 11-4-11, по которому замыкаетс ток нагрузки. Если ток дроссел 10 снизилс до величины тока0 2 is locked and diode 4 is unlocked. A circuit 8-4-10 is formed, along which the throttle current 8 is closed, and a circuit 11-4-11, along which the load current is closed. If the current of the choke is reduced to 10

5 нагрузки еще до включени тиристора 10, то переключение диодов 2 и 4 произошло ранее момента t3 и при включении тиристора 10 ток дроссел 8 сразу замкнетс через диод 4 по контуру 8-4-10-8. С момента от0 пирани диода 4 ток в нагрузке начинает снижатьс . Перед тем, как вновь включить основной тиристор 1, необходимо произвести холостой перезар д конденсатора 7. Дл этого в момент t4 от схемы управлени 5 loads before the thyristor 10 is turned on, the switching of diodes 2 and 4 occurred before the time t3 and when the thyristor 10 is turned on, the current of the throttle 8 is immediately closed through diode 4 along the contour 8-4-10-8. From the moment of the diode 4 from 0, the current in the load begins to decrease. Before switching on the main thyristor 1 again, it is necessary to make an idle recharge of the capacitor 7. To do this, at time t4 from the control circuit

5 включаетс тиристор 6 и конденсатор 7, у которого лева обкладка имеет положительный потенциал, начинает перезар жатьс по контуру 7-6-4-877. В момент ts, определ емый схемой управлени , включаетс ти0 ристор 1. Диод 4 запираетс и конденсатор 7 дозар жаетс до первоначального напр жени от источника питани по контуру 7- 6-1-8-7. Мен длительность интервалов времени ti-t3 и t4-ts, можно регулировать5, the thyristor 6 is turned on and the capacitor 7, in which the left facing has a positive potential, begins to recharge along the circuit 7-6-4-877. At time ts, determined by the control circuit, switch 1 turns on. Diode 4 is locked and capacitor 7 is charged to the original voltage from the power source along circuit 7-6-1-8-7. Meng duration of time intervals ti-t3 and t4-ts, can be adjusted

5 уровень напр жени на коммутирующем конденсаторе в широком диапазоне, начина от величины напр жени источника питани .Voltage level 5 on the switching capacitor in a wide range, starting from the magnitude of the power supply voltage.

В режиме торможени преобразователь работает следующим образом.In the braking mode, the converter operates as follows.

Если при торможении напр жение на нагрузке 11 превышает напр жение источника питани , то открываетс диод 2, и энерги из нагрузки рекуперируетс в источник питани . Если напр жение на на- грузке меньше напр жени источника питани , то от схемы управлени отпираетс тиристор торможени 3. Ток в нагрузке возрастает и, когда он достигает нужной величины, тиристор 3 запираетс , и энерги из нагрузки рекуперируетс в источник питани через диод 2. Дл запирани тиристора 3 отпираетс тиристор 6 и конденсатор 7, лева обкладка которого имеет в этот мо- ментТо положительный потенциал, начина- ет разр жатьс по контуру 7-6-3-8-7. В момент ti ток разр да конденсатора 7 достигает величины тока через тиристор 3, и последний закрываетс . Дальнейший разр д конденсатора 7 происходит через диод 4 по контуру 7-6-4-8-7. Через диод 4 замыкаетс также ток нагрузки. В момент t2 напр жение на конденсаторе 7 достигает по абсолютной величине напр жение источника питани . Начина с этого момента целе- сообразно включать тиристор 9. В момент ta включени схемы управлени тиристора 9 тиристор 6 под действием обратного напр жени 7 запираетс , и энерги дроссел 8 в том случае, если ток дроссел больше тока нагрузки, рекупирируетс в источник питани по контуру 8-9-4-8. В момент, когда ток дроссел 8 уменьшаетс до тока нагрузки, закроетс диод 4 и откроетс диод 2. Ток дроссел 8 будет уменьшатьс до нул по контуру 8-9-2-8, а энерги нагрузки начнет рекуперироватьс в источник питани по контуру 11-2-11.If during braking the voltage on load 11 exceeds the voltage of the power source, then diode 2 opens, and the energy from the load is recovered to the power source. If the load voltage is lower than the power supply voltage, the braking thyristor 3 is unlocked from the control circuit. The current in the load increases and when it reaches the desired value, the thyristor 3 is locked and the energy from the load is recovered to the power supply through diode 2. To lock the thyristor 3, the thyristor 6 is unlocked and the capacitor 7, the left facing of which has a positive potential at this moment, begins to discharge in the circuit 7-6-3-8-7. At time ti, the discharge current of the capacitor 7 reaches the value of the current through the thyristor 3, and the latter closes. Further discharge of the capacitor 7 occurs through diode 4 along the circuit 7-6-4-8-7. Through the diode 4 also closes the load current. At time t2, the voltage across the capacitor 7 reaches the absolute value of the voltage of the power source. Starting from this moment, it is advisable to turn on the thyristor 9. At the moment ta of turning on the control circuit of the thyristor 9, the thyristor 6 under the action of reverse voltage 7 is locked, and the energy of the throttles 8, if the current of the throttles is greater than the load current, is recovered to the power supply along the circuit 8-9-4-8. At the moment when the throttle current 8 decreases to the load current, diode 4 will close and diode 2 will open. The throttle current 8 will decrease to zero along circuit 8-9-2-8, and the load energy will begin to recover to the power source along circuit 11-2 -eleven.

Холостой перезар д конденсатора 7 начинаетс в момент t4, когда включаетс ти- ристорб, и конденсатор, права обкладка которого зар жена положительно, начинает перезар жатьс по контуру 7-8-2-5-7. В момент ts от схемы управлени включаетс тиристор 3, диод 2 запираетс , а конденса- тор 7 дозар жаетс от источника питани по контуру 7-8-3-5-7. Мен длительность интервалов и . можно регулировать максимальный уровень напр жени на коммутирующем конденсаторе от величины на- пр жени источника питани до другой, более высокой величины, необходимой дл The idle recharge of capacitor 7 starts at time t4, when thyristorb is turned on, and the capacitor, the right side of which is charged positively, begins to recharge along circuit 7-8-2-5-7. At the time ts, the thyristor 3 is turned on from the control circuit, the diode 2 is closed, and the capacitor 7 is discharged from the power source along the circuit 7-8-3-5-7. Meng duration of intervals and. It is possible to adjust the maximum voltage level at the switching capacitor from the voltage value of the power source to another higher value required for

обеспечени надежной работы преобразовател .ensuring reliable operation of the converter.

Сравнение работы преобразовател в режимах т ги и торможени показывает, что процессы повтор ютс , а мен ютс только контуры протекани токов. Введение дополнительной пары вспомогательных тиристоров позвол ет снизить энергию коммутирующих элементов не только за счет ограничени притока энергии в контур коммутации, но и за счет вывода избыточной энергии из контура коммутации. Учитыва , что максимальный ток нагрузки требуетс на сравнительно небольшом интервале времени, например при пуске двигател , а остальное врем ток нагрузки в три и более раз меньше максимального, использование двух способов поддержани оптимального количества энергии в коммутирующем контуре обеспечивает минимально возможные потери в преобразователе. Целесообразно увеличивать энергию коммутирующего контура при пуске двигател и снижать ее при движении. Это тем более важно, что повышение КПД преобразовател снижает расход дорогосто щей аккумул торной электроэнергии и увеличивает длину пробега между двум подзар дами аккумул торной батареи.Comparison of the converter operation in traction and braking modes shows that the processes are repeated, and only the flow paths of the currents change. The introduction of an additional pair of auxiliary thyristors makes it possible to reduce the energy of the switching elements not only by limiting the flow of energy into the switching circuit, but also by withdrawing excess energy from the switching circuit. Taking into account that the maximum load current is required over a relatively short time interval, for example, when the engine is started, and the rest of the time the load current is three or more times less than the maximum, using two methods to maintain the optimum amount of energy in the switching circuit ensures the lowest possible losses in the converter. It is advisable to increase the energy of the switching circuit during engine start-up and reduce it when driving. This is all the more important since increasing the efficiency of the converter reduces the consumption of expensive battery power and increases the path length between the two charges of the battery.

Claims

Claims of the Inverter comprising a main thyristor connected to the input outputs of the half-bridge, shunted by reverse diodes and connected by a common point to a switching LC series chain and a first output terminal, the second output terminal being connected to a negative input terminal, and the free output of the LC chain is connected to a common point of two series-connected commuting thyristors, connected in the forward direction to the input terminals, connected to two series-connected opposite ones in In order to increase the efficiency, thyristors are used as counter valves, connected by a common point to the point of connection of the throttle and LC chain capacitor, the switching thyristors being connected to the capacitor of the said chain.

FIG. 2

t