SU771827A1 - Однофазный инвертор - Google Patents

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразователях постоянного напряжения в переменное с улучшенным качеством выходного напряжения.

Известны схемы многоуровневых инверторов с трансформаторным подключением нагрузки и с переключением отводов вторичной обмотки трансформатора [1].

В схемах таких инверторов требуется применение узлов принудительной коммутации на первичной стороне трансформатора. Можно добиться значительного расширения функциональных возможностей таких схем, т.е. получения на. нагрузке нескольких дополнительных уровней напряжения и устранения таким путем большего числа высших гармонических составляющих, за счет переключения отводов также и на первичной стороне трансформатора. При этом массогабаритные показатели коммутирующих устройств увеличиваются незначительно.

Для снижения массы трансформатора следует осуществлять перемагничивание его сердечника в каждом последующем такте работы инвертора, для чего необходимо обеспечить подачу на первичную обмотку транс2 форматора разнополярных импульсов напряжения.

Из известных схем, обеспечивающих переключение отводов трансформатора на первичной стороне и перемагничивание сер₅ дечника трансформатора в каждом последующем такте, наиболее близкой по технической сущности к предложенной является схема однофазного инвертора, содержащая трансформатор с секционированными первичной и вторичной обмотками и подключенную к отводам вторичной обмотки 'через пары встречно-включенных тиристоров нагрузку и инвертор напряжения с отсекающими диодами на первичной стороне трансформатора. Инвертор собран по нулевой схеме и включает несколько ячеек из последовательно соединенных тиристора и отсекающего диода, каждая из которых подключена к соответствующему отводу первичной обмотки, и коммутирующие конденсаторы, включенные между ячейками [2].

Этим устройством можно обеспечить увеличение в два раза числа уровней выходного напряжения и увеличение более чем в два раза частоты работы трансформатора при одном и том же числе пар встречно-включен771827 ных тиристоров на вторичной стороне транс- , форматора по сравнению с переключением отводов только вторичной обмотки.

Недостатком прототипа следует считать несколько завышенные массогабаритные показатели, в значительной мере определяемые коммутирующим конденсаторным обо- ⁵ рудованием. Действительно, номинальное напряжение всех конденсаторов должно превышать удвоенную величину напряжения питания, а суммарная емкость значительно превосходит минимально необходимую величи- ₁₀ ну, требуемую для одноуровневого инвертора при коммутации тока с таким же амплитудным значением.

Цель изобретения — улучшение массогабаритных показателей путем снижения массы и габаритов конденсаторного оборудова- 15 ния.

Поставленная цель достигается тем, что в известном инверторе, содержащем связанные со входными выводами через дроссели тиристорную ячейку с узлом коммутации, ²⁰ подключенную к отводам первичной обмотки трансформатора, секции вторичной обмотки которого соединены с выходными выводами одними концами непосредственно, а другими — через пары встречно-параллельно включенных тиристоров, при использовании источника питания с нулевым выводом тиристорная ячейка выполнена в виде, по крайней мере, двух полумостов основных тиристоров, общие точки которых подключены к соответствующим отводам первичной обмот- 50 ки трансформатора. В качестве узла коммутации использованы подключенные параллельно основным тиристорам полумост вспомогательных тиристоров и полумост дополнительных тиристоров, общая точка которых соединена с дополнительным отводом первичной обмотки и с общей точкой обратных диодов, подключенных ко входным выводам. Точка соединения вспомогательных тиристоров через коммутирующий конденсатор подключена к нулевому выводу источника до питания.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого многоуровневого инвертора; на фиг. 2 — диаграммы выходного напряжения и переключения основных тиристоров. ⁴⁵

Инвертор с основными тиристорами 1—4 и 5—8 соответственно на первичной и вторичной обмотках трансформатора 9 с секционированными первичной и вторичной обмотками работает на однофазную нагрузку 10, _$0 подключенную между одними концами секций вторичной обмотки и общей точкой пар тиристоров 5—8, и содержит коммутирующий узел, состоящий из полумоста дополнительных тиристоров 11 —12, полумоста вспомогательных тиристоров 13—14 и обратных 55 диодов 15—16, а также коммутирующих дросселей 17 и 18 и конденсатора 19. Тиристоры 1, 2, 11, 13 образуют анодную груп пу, общая точка которой подключена к положительному входному выводу источника питания через дроссель 17, а тиристоры 3, 4, 12, 14 — катодную группу, подключенную своей общей точкой через дроссель 18 к отрицательному выводу источника питания. Точки соединения дополнительных тиристоров 11 —12 и обратных диодов 15—16 подключены к дополнительному отводу трансформатора 9, а между общей точкой вспомогательных тиристоров 13—14 и нулевой точкой источника питания включен конденсатор 19.

Инвертор работает следующим образом.

Предположим, что в первый такт открыты основные тиристоры 1 и 5 и конденсатор заряжен при положительном потенциале на левой обкладке. В соответствии с задним алгоритмом необходимо обеспечить запирание тиристора 1.

Для запирания тиристора 1 осуществляют подачу импульса отпирающего тока управления на тиристор 11. При этом в секциях трансформатора, расположенных между тиристорами 1 и 11, наводится ЭДС с полярностью « + » на катоде тиристора 1 и «-» на катоде тиристора 11. Через открытый тиристор 11 это напряжение прикладывается в обратном направлении к тиристору 1, и он начинает закрываться, а ток нагрузки, приведенный к первичной обмотке, протекает через тиристор 11. Через интервал времени, равный времени восстановления запирающих свойств основного тиристора 1, осуществляют запирание тиристора 11, для чего подают отпирающий импульс на тиристор 13. При включении тиристора 13 конденсатор 19 перезаряжается по колебательному контуру: конденсатор 19 — средняя точка источника питания — положительный вывод источника питания — дроссель 17 — тиристор 13 — конденсатор 19. Тиристоры 13—14, дроссели 17—18 и конденсатор 19 образуют общий узел последовательной коммутации, поэтому протекание тока через тиристор 11 мгновенно прекращается, а приведенный к первичной обмотке ток нагрузки под действием ЭДС самоиндукции нагрузки и трансформатора начинает через диод. 16 рекуперировать в источник питания. После выключения тиристора 11 в зависимости от алгоритма работы можно включать один из основных тиристоров катодной группы. Допустим, осуществляют отпирание положительным импульсом тока управления тиристор 4. При этом напряжение на вторичной обмотке трансформатора меняет полярность на противоположную и тиристор 5 выключается. После этого в зависимости от алгоритма работы можно осуществлять отпирание очередного тиристора на вторичной обмотке трансформатора.

В дальнейшем коммутационные процессы повторяются, причем группы основных тиристоров работают поочередно, обеспечивая перемагничивание сердечника трансфор матора в каждый последующий такт. При выключении тиристоров 1 и 2 ток предварительно переводится на тиристор 11, а при выключении тиристоров 3 и 4 — на тиристор 12, причем для выключения первого из них осуществляют отпирание тиристора 13, а для выключения второго — отпирание тиристора 14.

При необходимости (например, при работе инвертора на сверхнизкой выходной частоте) число полумостов основных тирис- ₁₀ торов на первичной стороне и число тиристорных пар на вторичной стороне, а также число секций обмоток может быть увеличено до любого необходимого числа. Следует отметить, что при добавлении ключевых элементов как на первичной, так и на вторич- и ной обмотках трансформатора число уровней выходного напряжения растет значительно быстрее, чем при добавлении тиристоров только на одной стороне.

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в преобразовател х посто нного напр жени  в переменное с улучшенным качеством выходного напр жени . Известны схемы многоуровневых инверторов с трансформаторным подключением нагрузки и с переключением отводов вторичной обмотки трансформатора 1. В схемах таких инверторов требуетс  применение узлов принудительной коммутации на первичной стороне трансформатора. Можно добитьс  значительного расширени  функциональных возможностей таких схем, т.е. получени  на. нагрузке нескольких дополнительных уровней напр жени  и устранени  таким путем большего числа высших гармонических составл ющих, за счет переключени  отводов также и на первичной стороне трансформатора. При этом массогабаритные показатели коммутирующих устройств увеличиваютс  незначительно. Дл  снижени  массы трансформатора следует осуществл ть перемагничивание его сердечника в каждом последующем такте работы инвертора, дл  чего необходимо обес печить подачу на первичную обмотку транс:форматора разнопол рных импульсов напр жени . Из известных схем, обеспечивающих переключение отводов трансформатора на первичной стороне и перемагничивание сердечника трансформатора в каждом последующем такте, наиболее близкой по технической сущности к предложенной  вл етс  схема однофазного инвертора, содержаща  трансформатор с секционированными первичной и вторичной обмотками и подключенную к отводам вторичной обмотки ерез пары встречно-включенных тиристоров нагрузку и инвертор напр жени  с отсекающими диодами на первичной стороне трансформатора . Инвертор собран по нулевой схеме и включает несколько  чеек из последовательно соединенных тиристора и отсекающего диода, кажда  из которых подключена к соответствующему отводу первичной обмотки, и коммутирующие конденсаторы, включенные между  чейками 2. Этим устройством можно обеспечить увеличение в два раза числа уровней выходного напр жени  и увеличение более чем в два раза частоты работы трансформатора при одном и том же числе пар встречно-включенных тиристоров на вторичной стороне трансформатора по сравнению с переключением отводов только вторичной обмотки. Недостатком прототипа следует считать несколько завышенные массогабаритные показатели , в значительной мере определ емые коммутирующим конденсаторным оборудованием . Действительно, номинальное напр жение всех конденсаторов должно превышать удвоенную величину напр жени  питани , а суммарна  емкость значительно превосходит минимально необходимую величину , требуемую дл  одноуровневого инвертора при коммутации тока с таким же амплитудным значением. Цель изобретени  - улучшение массогабаритных показателей путем снижени  массы и габаритов конденсаторного оборудовани . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известном инверторе, содержащем св занные со входными выводами через дроссели тиристорную  чейку с узлом коммутации, подключенную к отводам первичной обмотки трансформатора, секции вторичной обмотки которого соединены с выходными выводами одними концами непосредственно, а другими - через пары встречно-параллельно включенных тиристоров, при использовании источника питани  с нулевым выводом тиристорна   чейка выполнена в виде, по крайней мере, двух полумостов основных тиристоров , общие точки которых подключены к соответствующим отводам первичной обмотки трансформатора. В качестве узла коммутации использованы подключенные параллельно основным тиристорам полумост вспомогательных тиристоров и полумост дополнительных тиристоров, обща  точка которых соединена с дополнительным отводом первичной обмотки и с общей точкой обратных диодов, подключенных ко входным выводам . Точка соединени  вспомогательных тиристоров через коммутирующий конденсатор подключена к нулевому выводу источника питани . На фиг. 1 представлена принципиальна  схема предлагаемого многоуровневого инвертора; на фиг. 2 - диаграммы выходного напр жени  и переключени  основных тиристоров . Инвертор с основными тиристорами 1-4 и 5-8 соответственно на первичной и вторич ной обмотках трансформатора 9 с секционированными первичной и вторичной обмотками работает на однофазную нагрузку 10, подключенную между одними концами секций вторичной обмотки и общей точкой пар тиристоров 5-8, и содержит коммутирующий узел, состо щий из полумоста дополнительных тиристоров 11 -12, полумоста вспомогательных тиристоров 13- 14 и обратных диодов 15-16, а также коммутирующих дросселей 17 и 18 и конденсатора 19. Тиристоры 1, 2, 11, 13 образуют анодную группу , обща  точка которой подключена к положительному входному выводу источника питани  через дроссель 17, а тиристоры 3, 4, 12, 14 - катодную группу, подключенную своей общей точкой через дроссель 18 к отрицательному выводу источника питани . Точки соединени  дополнительных тиристоров 11 -12 и обратных диодов 15-16 подключены к дополнительному отводу трансформатора 9, а между общей точкой вспомогательных тиристоров 13-14 и нулевой точкой источника питани  включен конденсатор 19. Инвертор работает следующим образом. Предположим, что в первый такт открыты основные тиристоры 1 и 5 и конденсатор зар жен при положительном потенциале на левой обкладке. В соответствии с задним алгоритмом необходимо обеспечить запирание тиристора 1. Дл  запирани  тиристора 1 осуществл ют подачу импульса отпирающего тока управлени  на тиристор 11. При этом в секци х трансформатора, расположенных между тиристорами 1 и 11, наводитс  ЭДС с пол рностью « + на катоде тиристора 1 и «- на катоде тиристора 11. Через открытый тиристор 11 это напр жение прикладываетс  в обратном направлении к тиристору 1, и он начинает закрыватьс , а ток нагрузки , приведенный к первичной обмотке, протекает через тиристор 11. Через интервал времени , равный времени восстановлени  запирающих свойств основного тиристора 1, осуществл ют запирание тиристора 11, дл  чего подают отпирающий импульс на тиристор 13. При включении тиристора 13 конденсатор 19 перезар жаетс  по колебательному контуру: конденсатор 19 - средн   точка источника питани  - положительный вывод источника питани  - дроссель 17 - тиристор 13 - конденсатор 19. Тиристоры 13-14, дроссели 17-18 и конденсатор 19 образуют общий узел последовательной коммутации , поэтому протекание тока через тиристор 11 мгновенно прекращаетс , а приведенный к первичной обмотке ток нагрузки под действием ЭДС самоиндукции нагрузки и трансформатора начинает через диод. 16 рекуперировать в источник питани . После выключени  тиристора 11 в зависимости от алгоритма работы можно включать один из основных тиристоров катодной группы. Допустим, осуществл ют отпирание положительным импульсом тока управлени  тиристор 4. При этом напр жение на вторичной обмотке трансформатора мен ет пол рность на противоположную и тиристор 5 выключаетс . После этого в зависимости от алгоритма работы можно осуществл ть отпирание очередного тиристора на вторичной обмотке трансформатора. В дальнейшем коммутационные процессы повтор ютс , причем группы основных тиристоров работают поочередно, обеспечива  перемагничивание сердечника трансформатора в каждый последующий такт. При выключении тиристоров 1 и 2 ток предварительно переводитс  на тиристор 11, а при выключении тиристоров 3 и 4 - на тиристор 12, причем дл  выключени  первого из них осуществл ют отпирание тиристора 13, а дл  выключени  второго - отпирание тиристора 14. При необходимости (например, при работе инвертора на сверхнизкой выходной частоте) число полумостов основных тиристоров на первичной стороне и число тиристорных пар на вторичной стороне, а также число секций обмоток может быть увеличено до любого необходимого числа. Следует отметить, что при добавлении ключевых элементов как на первичной, так и на вторичной обмотках трансформатора число уровней выходного напр жени  растет значительно быстрее, чем при добавлении тиристоров только на одной стороне. Формула изобретени  Однофазный инвертор, содержащий св занную со входными выводами через дроссели тиристорную  чейку с узлом коммутации , подключенную к отводам первичной обмотки трансформатора, секции вторичной обмотки которого соединены с выходными выводами одними концами непосредственно, а другими - через пары встречно-параллельно включенных тиристоров, отличающийс  тем, что, с целью улучщени  массогабаритных показателей при использовании источника питани  с нулевым выводом, тиристорна   чейка выполнена в виде, по крайней мере , двух полумостов основных тиристоров, общие точки которых подключены к соответствующим отводам первичной обмотки трансформатора, а в качестве узла коммутации использованы подключенные параллельно основным тиристорам полумост вспомогательных тиристоров и полумост дополнительных тиристоров, обща  точка которых соединена с дополнительным отводом первичной обмотки и с общей точкой обратных диодов, подключенных ко входным выводам, а точка соединени  вспомогательных тиристоров через коммутирующий конденсатор подключена к нулевому выводу исто.чника питани . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Тонкаль В. Е., Липковский К. А., Мельничук Л. П. Способы улучщени  качества выходного напр жени  автономных инверторов. Киев, Предпринт--49, ИЭД АН УССР, 1972.
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 436419, кл. Н 02 М. 7/515, 1972, (прототип ) .

   v V 7 у

   JY

   3 7

   Ц- 7

   2 5

   J

   2

   if 6

   J 6 6 6 5