SU754613A1 - Автономный инвертор напряжения 1 2 - Google Patents

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть исполь,зовано для любого варианта схемы тиристорного инвертора с однофазной и трехфазной нагрузкой.

Известны схемы инверторов с -узлами коммутации, построенными на основе коммутирующей цепочки из конденсатора и дросселя [1] .

Недостатком известных систем является то, что при увеличении фазности нагрузки увеличивается количество коммутирующих конденсаторов и дросселей, а это снижает надежность и ведет к росту массогабаритных показателей устройства. Уменьшить количество коммутирующих реактивных элементов можно за счет применения в таких схемах узлов общей и групповой коммутации [2^. Но при общей " и групповой коммутации при работе на агтивно-индуктивную нагрузку со значительным коэффициентом мощности в выходном напряжении инвертора появляются искажения, ухудшающие гармонический состав. Поэтому при большой глубине регулирования для обеспечения удовлетворительного гармонического состава .необходимо осуществлять повентильную коммутацию тиристоров.

Иэ известных схем, обеспечиваю5 щих _гповентильную коммутацию, наиболее близкой по технической сущности является схема трехфазного автономного инвертора, содержащего подключенный ко входным выводам мост 10 основных тиристоров шунтированных обратными диодами, общая точка которых связана через вторичные обмотки коммутирующего трансформатора с одними электродами духоперационных тиристоров, объединенных своими другими электродами, в анодную и катодА ную группы, однофазный коммутирующий тиристорный мост, в диагональ переменного тока которого включены последовательно соединенные коммутирующая ЬС-цепочка и первичная обмотка коммутирующего трансформатора, шунтированная встречно-последовательно соединенными стабилитронами £3^.

Потенциальная развязка коммутирующих конденсатора и дросселя от основных тиристоров с помощью импульс· ного трансформатора *в данном инверторе позволяет обеспечить повентильную коммутацию основных тиристоров и

3

754613

4

улучшение качества кривой выходного напряжения, создает автоматическую, регулировку напряжения на коммутирующем конденсаторе без дополнительного источника питания, а также улучшает массогабаритные показатели коммутирующих реактивных элементов путем выбора коэффициента трансформации импульсного трансформатора.

Существенным недостатком известного инвертора,ограничивающим его применение, является значительное недоиспользование двухоперационных тиристоров по коммутируемой мощности, что связано с узколокализованным тепловыделением на этапе выключения прибора, возникающим из-за неодномерного характера процесса выключения тиристора при его запирании только по управляющему электроду.

Цель изобретения — повышение КПД.^

Цель достигается тем, что в автономном, инверторе напряжения, содержащем подключенный ко входным выводам мост основных тиристоров, шунтированных обратными диодами, общая точка которых связана через вторичные обмотки коммутирующего трансформатора с одними электродами двухоперационных тиристоров, объединенных своими другими электродами в анодную и катодную группы, однофазный коммутирующий тиристорный мост, в диагональ переменного тока которого включены последовательно соединенные коммутирующая Ю-цепочка и первичная обмотка коммутирующего трансформатора, шунтированная встречно-последовательно соединенными стабилитронами, указанные анодная и катодная группы подключены через дополнительные дроссели к соответствующим входным выводам и связаны между собой цепочкой из двух последовательно соединенных тиристоров, общая точка которых через дополнительный конденсатор подсоединена к дополнительному входному выводу для средней точки источника питания.

На фиг. 1 — принципиальная схема предлагаемого автономного инвертора напряжения в трехфазном мостовом варианте исполнения; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства в период коммутации.,

Трехфаэный инвертор с основными тиристорами 1-6, шунтированными обратными диодами 7-12 и последовательным соединением вторичных обмоток 13-18 импульсного трансформатора 19 с двухоперационными тиристорами 20-25, работает на трехфазную нагрузку 26 и содержит однофазный мост из тиристоров 27-30, тиристоры 27 и 28 которого шунтированы обратными диодами 31 и 32. Одна диагональ подключена к источнику питания генератора, а другая содержит последовательно соединенные коммутирующую цепочку 33 иэ конденсатора 34 и дросселя 35 и первичную обмотку 36 трансформатора 19, шунтированную встречнопоследовательно соединенными стабилитронами 37 и 38. Для повышения коммутируемой двухоперационными тиристорами 20-25 мощности они подключены ко входным выводам через дополнительные дроссели 39 и 40, а к средней точке источника питания — через тиристоры 41 и 42 и конденсатор 43.

Инвертор работает следующим образом.

Предположим, что в начальный момент времени ΐθ открыты тиристоры 1, 3 и 5, а конденсаторы 34 и 43 заряжены при положительном потенциале на левых обкладках.

В момент времени 1₁ начинается процесс коммутации тиристора 1.

Для выключения тиристора 1 подают положительные управляющие импульсы на тиристоры 28 и 20. Конденсатор 34 начинает перезаряжаться по кон туру 34-31-28-36-35-34 (фиг. 2 б, в), а через тиристор 1 протекает разность тока нагрузки фазы А - 1_ди тока₍ указанного колебательного контура ϊ₃₄ , приведенного через коэффициент трансформации ко вторичной обмотке 13 трансформатора 19 (фиг. 2 г).

,В момент времени ι₂ ток 1д₄ начинает превышать ток 1_д и тиристор 1 закрывается, а ток равный разности токов ί’₃₄ и 1_д , переходит в диод 7. После выключения тиристора 1 ток ϊ^₄ достигает максимума, и в момент ί₃ до того, как ток |д₄ спадет до величины тока 1_д, подают отпирающие импульсы на тиристоры 29 и 41 и запирающий импульс управления на тиристор 20. Тиристор 20 при этом запирается при одновременном воздействии импульсов управления и обратного анодного напряжения, наводимого при отпирании тиристора 41 на дросселе 39 и представляющего разность напряжения на конденсаторе 43 и половинной величины напряжения источника питания (фиг. 2 а, д. е) . После запирания тиристора 20 конденсатор 34 дозаряжается по новому контуру: 34-29 — источник питания -= 28 -36 37 - 38 - 35 — 34, а на тиристоре 20 до момента времени (?₄ поддерживается обратное анодное напряжение и он восстанавливает непроводящие свойства, ток 1_Д после, запирания тиристора 20 замыкается через диод 10 и напряжение на фазе А нагрузки уменьшается до нуля.

Напряжение стабилизации каждого из стабилитронов 37 и 38 должно быть выбрано таким образом, чтобы цепочка из стабилитронов не ответвляла ток из контура коммутации тиристора

1. на интервале I; - ι₃.

5

754613

6

В момент ц заканчивается процесс перезаряда конденсатора 43, тиристор 41 запирается, и на тиристоре. 20·; устанавливается стационарное прямое напряжения. Затем к моменту ι₀ заканчивается и процесс дозаряда конден- 5 сатора 34, тиристоры 28 и 29 выключаются, после чего в принципе возможна коммутация очередного основноготиристора.

Кратковременное воздействие импульса обратного анодного напряжения на интервале выключения двухоперациончого тиристора, осуществляемое ' при подключении двухоперационных тиристоров ко входным выводам через ._

вспомогательные дроссели 39 и 40, ¹⁵

и к нулевой точке источника питания через тиристоры 41 и 42 и дополнительный конденсатор 43, выгодно отличает предлагаемый инвертор от известных, поскольку, как показало экспери- 20 ментальное исследование, совместное воздействие импульсов отрицательного тока управления и обратного анодного напряжения (так называемое комбинированное выключение тиристора) позволя-25 ет в 5-8 раз повысить мощность, коммутируемую двухоперационным тиристором по сравнению с его выключением только по управляющему электроду.

Нужно отметить, что столь сущест- 30 венное улучшение коммутационной способности двухоперационных тиристоров достигается лишь ценой весьма незначительного ухудшения массогабаритных показателей инвертора по сравнению 35 со схемой прототипа за счет введения дополнительных коммутирующих элементов 39-43. Это обусловлено, тем что при комбинированном способе выключения время приложения к тиристору обратэд ного напряжения не превышает 1-2 микросекунд, и, как следствие этого, величина емкости вспомогательного конденсатора 43 примерно на порядок меньше величины емкости основного коммутирующего конденсатора 34, обеспечивающего запирание силовых тиристоров с временем выключения несколько десятков микросекунд. Суммарные массогабаритные показатели дросселей 35, 39 и 46 могут остать- 50 ся практически на прежнем уровне, поскольку вспомогательные дроссели 39 и 40 входят в цепь перезаряда основного коммутирующего конденсатора, и их введение в цепь двухопера- 55 ционных тиристоров приводит к соот- ветствующему уменьшению необходимой величины индуктивности (и вместе с этим его массы и габаритов) основного перезарядного дросселя 35. Тирис- ¢0 торы 41 и 42 можно не ставить на радиаторы, так как при выходной частоте инвертора ниже одного килогерца отношение амплитудного значения тока к среднему составляет для этих тирис- £5

торов величины порядка 0,01-0,05. Введение этих тиристоров не усложняет также и систему управления, поскольку импульсы управления на них можно получить путем раздвоения импульсов управления в тиристорах 29 и 30, что легко осущетсвляется с помощью импульсного трансформатора выходного каскада системы управления .

Так как мощный двухоперационный тиристор способен коммутировать анодные токи величиной более 100 А, то при типичных значениях коэффициента запирания (К3 = 4 (-10) требуется большая амплитуда импульсов управления. В то же время, согласно экспериментальным данным, при комбинированном способе выключения требуется амплитуда отрицательного импульса управления величиной лишь 1-тЗА, что приводит к соответствующему снижению массогабаритных показателей устройства, формирующего импульсы управления на двухоперационном тиристоре.

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Автономный инвертор напряжения, со держащий подключенный ко входным выво дам мост основных тиристоров, шунтированных обратными диодами, общая точка которых связана через вторичные обмотки коммутирующего трансформатора с одними электродами двухоперационных тиристоров, объединенных своими другими электродами в анодную и катодную группы, однофазный коммутирующий тиристорный мост, в диагональ переменного тока которого включены последовательно соединенные коммутирующая ЬС-цепочка и первичная обмотка коммутирующего трансформатора, шунтированная встречно-последовательно соединенными стабилитронами, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД указанные анодная и катодная группа подключены через дополнительные дроссели к соответствующим входным выводам и связаны между собой цепочкой из двух последовательно соединенных тиристоров, общая точка которых через дополнительный конденсатор подсоединена к дополнительному входному выводу для средней точки источника питания.