SU838970A1

SU838970A1 - Self-sustained inverter

Info

Publication number: SU838970A1
Application number: SU792823355A
Authority: SU
Inventors: Олег Георгиевич Булатов; Сергей Валерьевич Одынь; Ольга Борисовна Одынь
Original assignee: Московский Ордена Ленина Энергети-Ческий Институт
Priority date: 1979-09-28
Filing date: 1979-09-28
Publication date: 1981-06-15

Description

1one

Изобретение относитс к электро|технике и может быть использовано дл любого варианта схемы тиристорного инвертора напр жени с однофазной и трехфазной нагрузкой.The invention relates to electrical engineering and can be used for any variant of a thyristor voltage inverter with single-phase and three-phase loads.

Известны схемы инверторов с узлами коммутации, построенными на основе коммутирующей цепочки из конденсатора и дроссел 1.Known circuits of inverters with switching nodes, built on the basis of the switching circuit of the capacitor and the throttle 1.

Однако в данных увеличение фазноети нагрузки приводит к увеличению количества коммутирующих конденсаторов и дросселей, снижению надежности и росту массогабаритных показателей устройства.However, in the data, an increase in the phase-load network leads to an increase in the number of switching capacitors and chokes, a decrease in reliability, and an increase in the mass and dimensions of the device.

Уменьшить количество реактивных элементов можно посредством трансформаторного разделени коммутирующей цепочки и основных тиристоров инвертора 2,The number of reactive elements can be reduced by transforming the switching circuit and the main thyristors of the inverter 2,

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности | вл етс схема трехфазного автономного инвертора , содержащего трехфазный мост из основных тиристоров, шунтированных обратными диодами, параллельно каждому из которых подключены через двухоперационные тиристоры вторичные обмотки коммутирующего импульсного трансформатора, и одн.офазный коммутирующий тиристорный мост, тиристоры анодной группы кото рого зашунтированы обратными диодами с последовательно подключенными к ним первичными обмотками указанного импульсного трансформатора 3. Потенциальна разв зка коммутирующей цепочки от основных тиристоров с помощью импульсного трансфор0 матора и двухоперационных тиристоров в данном инверторе при минимальном числе громоздких реактивных кoiviMyтирующих элементов обеспечивает повентильную коммутацию ос5 новных тиристоров , при которой достигаетс хороший гармонический состав кривой выходного напр жени , а также возможность регулировани напр жени на коммутирующем конденсаторе Closest to the proposed technical entity | is a three-phase autonomous inverter circuit containing a three-phase bridge of main thyristors shunted by reverse diodes, parallel to each of which are connected via dual-operation thyristors, the secondary windings of a switching pulse transformer, and a single-phase switching thyristor bridge whose anodic group thyristors are shunted by reverse diodes connected to them by the primary windings of the specified pulse transformer. 3. Potential separation of the switching circuit from the main thyristor with a pulsed transfor0 Matora and dvuhoperatsionnyh thyristors in the inverter with the minimum number of bulky reactive elements provides koiviMytiruyuschih poventilnuyu os5 novnyh switching thyristors, whereby is achieved a good harmonic structure of the output voltage curve, and the ability to control the voltage on the capacitor commute

0 без введени специального регулируемого источника питани . Такое регулирование измен ет амплитуду коммутационного тока в зависимости от величины тока нагрузки, сохран 0 without the introduction of a special regulated power source. Such regulation changes the amplitude of the switching current, depending on the magnitude of the load current,

5 тем сг1мым высокий КПД устройства при малых токах нагрузки инвертора, например при холостом ходе асинхронного двигател . Нреимуществом инвертора вл етс также устранение лоС (кального перегрева структуры коммутирующих двухоперационных тиристоро св занного с процессом сжати анодного тока в узкий шнур при запирании посредством комбинированного выключени этих тиристоров 4 и 55 at the same time, the device has a high efficiency at low inverter load currents, for example, when the induction motor is idling. The advantage of the inverter is also the elimination of the coil (overheating of the structure of the commuting two-stage thyristor connected with the process of compressing the anode current into a narrow cord when locked by means of the combined switching off of these thyristors 4 and 5

Недостатком данного устройства вл етс возможность одновременного отпирани обоих тиристоров в вентильном плече однофазного коммутирующего мсхзта, вызванна сбоем в системе управлени или эффектом diU/d-fc при отпирании одного коммутирющего тиристора вентильного плеча. Это приводит к образованию короткозамкнутой цепочки, шунтирующей истоник питани инвертора и, следователно к срыву инвертировани , что снижает надежность работы инвертораThe disadvantage of this device is the possibility of simultaneous unlocking of both thyristors in the valve arm of a single-phase switching station, caused by a failure in the control system or the effect of diU / d-fc when one valve thyristor is unlocked. This leads to the formation of a short-circuited chain shunting the source of the inverter power supply and, consequently, to the inversion failure, which reduces the reliability of the inverter

Цель изобретени - повышение надежности работы инвертора за счет существенного снижени возможности закорачивани источника питающего напр жени через вентильные плечи однофазного тиристорного моста.The purpose of the invention is to increase the reliability of the inverter by significantly reducing the possibility of shorting the power supply through the valve arms of a single-phase thyristor bridge.

Поставленна цель, достигаетс тем, что в автономный инвертор напржени , содержащий подключенный ко входным выводам мост основных тиристоров , шунтированных обратными диодами и последовательными цепочками, состо щими, кажда из вторичной обмотки коммутирующего трансформатора и двухоперационного тиристора, прлчем один конец первичной обмртки трансформатора соединен с анодом дополнительного диода, катод которого подключен к положительному вхоному выводу, соединенному с анодной группой однофазного коммутирующего моста, коммутирующей LС-цепочкой в диагонали переменного тока, снабж дозар дным тиристором, включенным между катодной группой однофазного тиристорного моста, соединенной со вторым концом первичной обмотки коммутирующего трансформатора, и отрицательным входным выводом.The goal is achieved by the fact that a stand-alone inverter containing a bridge of main thyristors connected to the input pins, shunted by reverse diodes and sequential chains consisting of each secondary winding of the switching transformer and two-operation thyristor, connects one end of the primary winding of the transformer to the anode an additional diode, the cathode of which is connected to a positive terminal, connected to the anode group of a single-phase switching bridge, commutes s LC-chain in the diagonal ac, provided dozar dnym thyristor connected between the cathode group-phase thyristor bridge connected to a second end of the primary winding of the switching transformer, and the negative input terminal.

На фиг. 1 представлена принципиальна схема предлагаемого автономного инвертора напр жени в трехфазном мостовом варианте исполнени на фиг. 2 - временные диаграммы, по сн ющие работу устройства на интервсше коммутации,FIG. 1 is a schematic diagram of the proposed autonomous voltage inverter in a three-phase bridge embodiment in FIG. 2 - timing diagrams explaining the operation of the device during the switching interval,

трехфазный инвертор с основными тиристорами 1-6, шунтированными обратными диодами 7-12 и последовательным соединением вторичных обмоток 13-18 импульсного коммутирующего тpaнcфopмaтJOpa 19 с двухоперационными тиристорами 20-25 работает на трехфазную нагрузку 26 и содержит однофазный мост из коммутирующих тиристоров 27-30, к диагонали переменного тока которого подключена коммутирующа цепочка 31 из конденсатора 32 и дроссел 33, а к диагонали посто нного тока - последовательно соединенные первична a three-phase inverter with main thyristors 1-6, shunted reverse diodes 7-12 and serial connection of the secondary windings 13-18 of a pulsed switching transponder JOpa 19 with dual-operation thyristors 20-25, operates on a three-phase load 26 and contains a single-phase bridge of switching thyristors 27-30, k the ac diagonal of which is connected to the switching circuit 31 of the capacitor 32 and the throttle 33, and to the diagonal of the direct current - serially connected primary

обмотка 34 трансформатора 19 и дополнительный низкочастотный диод 35. Между катодной группой однофазного моста и отрицательным выводом источни| а питани инвертора включен дозар дный. тиристор 36,winding 34 of a transformer 19 and an additional low-frequency diode 35. Between the cathode group of a single-phase bridge and the negative terminal of the source | and the inverter power supply is on dosage. thyristor 36,

Инвертор работает следующим образом.The inverter works as follows.

Пусть в начальный момент t откры тиристоры 1, 3, и 5, а коммутирующи конденсат.ор 32 зар жен при положительном потенциале на правой обхладке . В момент t начинаетс процесс коммутации тиристора 1. Дл запирани тиристора 1 подаиот положительны управл ющие импульсы на тиристоры 20, 27. и 30. Конденсатор 32 начинае перезар жатьс по контуру 32-33-3034-35-27-32 (фиг, 2, а), а через тиристор 1 протекает ток i (фиг, 2, в), равный разности тока нагрузк фазы A-JA И тока указанного колебательного контура 132. приведенного через коэффициент трансформации ко вторичной обмотке 13 трансформатора 19 (-т)2 , ф.иг, 2, б). После момента t-j ток ,2 становитс по величине больше тока 1А и ток, равный их разности , переходит в диод 7, а тиристор 1 оказываетс под обратным анодным напр жением и восстанавливает непровод щие свойства. На интервале t-j до того, как ток 13,2 спадает до величины тока 1А, подают отпирающий импульс управлени на тиристор 36 и запирающий отрицательный импул тока управлени на двухоперационный тиристор 20. При отпирании тиристор 36 обмотки 34 через этот тиристор и диод 35, провод щий некоторое врем в обратном направлении, подключаетс к источнику питани и на обмотке 13 возникает тлыпупъс напр жени с амплитудой ЕсЗ-Кт-р, где К-рркоэффициент трансформации, равный отношению числа витков обмотки 13 к числу витков обмотки 34. Если К-гр, то тиристор 20 оказываетс под обратным анодным напр жением Ea(K-rp-l) ,которое совместно с импульсом отрицательного тока управлени приводит к комби: ированному выключению двухоперационного тиристора 20.Let at the initial time t open thyristors 1, 3, and 5, and let the commutating condensate or 32 be charged with a positive potential at the right cool. At time t, the switching process of the thyristor 1 begins. To lock the thyristor 1, the control pulses to thyristors 20, 27. and 30 are positive. The capacitor 32 is starting to recharge along the circuit 32-33-3034-35-27-32 (FIG. 2, a), and a current i flows through the thyristor 1 (fig, 2, c), equal to the difference of the load current of the phase A-JA and the current of the indicated oscillatory circuit 132. given through the transformation ratio to the secondary winding 13 of the transformer 19 (-t) 2, f .ig, 2, b). After time t-j, the current 2 becomes larger than the current 1A and the current equal to their difference goes into diode 7, and the thyristor 1 is under reverse anode voltage and restores non-conductive properties. In the interval tj, before the current 13.2 drops to a value of current 1A, a unlocking control pulse is applied to the thyristor 36 and a locking negative control current impulse to the dual-operation thyristor 20. When unlocked, the thyristor 36 of the winding 34 through this thyristor and a diode 35 that conducts some time in the opposite direction, is connected to the power source and on the winding 13 there is a voltage voltage with an amplitude of ECS-Kt-p, where K is the ratio of the transformation coefficient equal to the ratio of the number of turns of the winding 13 to the number of turns of the winding 34. If К-г, then thyristor 20 reflux under an anode voltage Ea (K-rp-l), which together with the pulse of the negative control current causes combi: th e dvuhoperatsionnogo thyristor 20 switching off.

Эквивалентна схема, приведенна к обмотке 13 трансформатора 19 на этсше выключени тиристора 20 (интервал t) представл ет собой последовательную цепочку, состо щую из источника питающего напр жени ЕО|, источника импульсного напр жени ЕД-Ктр/ направленного встречно-первому источнику и превышающего его по величине, провод щих в пр мом направлении тиристора 36 и диода 10, по которому начинает протекать ток 1А, и провод щих на интepвaлet-J д в обратном направлении тиристора 20 и диода 35,The equivalent circuit shown to the winding 13 of the transformer 19 on the thyristor off switch 20 (interval t) is a sequential chain consisting of a source of supply voltage ЕО |, the source of pulse voltage ЕД-Ктр / directed to the counter-first source and exceeds it largest, conducting in the forward direction of the thyristor 36 and diode 10, through which current 1A begins to flow, and conducting to the Internet-J in the opposite direction of the thyristor 20 and diode 35,

причем диод 35 выбирают таким, чтобы врем жизни неосновных но ,сителей в его базе (это врем определ ет величину накопленного в баз диода 35 избыточного зар да и скорость его спада).было больше времени жизни неосновных носителей в п-базе тиристора 20. Поэтому тиристор 20 первым в момент t4 восстанавливает непровод щие свойства в обратном направлении (фиг.. 2, е) Именно к нему в данный момент прикладываетс практически все напр жение в обратном направлении (фиг. 2, ж) , так как диод 35 в момент. t4. еще имеет существенно меньшее, чем у тиристора 20 сопротивление в обратном направлении из-за оставшегос в нем избыточн ,го зар да. Импульс обратного анодного напр жени сохран етс на тиристоре 20 до момента tg, когда заканчиваетс процесс снижени до равновесного значени зар да неосновных носителей в базе диода 35, накопленного во врем протекани через этот диод пр мого анодного тока (интервал t 4- t3 на фиг. 2, г) . В момент t 5 сопротивление диода 35 в обратном направлении резко увеличиваетс и на обмотке 13 перестает наводитьс напр жение ,,что приводит к по влению на тиристоре пр мого напр жени Eg (фиг. 2, ж).and the diode 35 is chosen so that the life time of minor but no carriers in its base (this time determines the amount of excess charge accumulated in the bases of the diode 35 and the rate of its fall). There was a longer life time of minority carriers in the p-base of the thyristor 20. Therefore the thyristor 20 first at time t4 restores non-conductive properties in the opposite direction (Fig. 2, e) Almost all the voltage in the opposite direction is applied to it at the moment (Fig. 2, g), since the diode 35 at the moment. t4. still has significantly less resistance than thyristor 20 in the opposite direction due to excessive charge remaining in it. The reverse anodic voltage pulse is maintained on the thyristor 20 until the moment tg, when the process of reducing to an equilibrium value the charge of minority carriers in the base of the diode 35 accumulated during the flow of a direct anode current through the diode (the interval t 4-t3 in FIG. 2, d). At time t 5, the resistance of the diode 35 in the opposite direction sharply increases and the voltage on the winding 13 ceases to be induced, which leads to the appearance of a direct voltage Eg on the thyristor (Fig. 2, g).

Одновременно с процессом выключени тиристора 20, при отпирании тиристора 36, начинаетс п оиесс дозар да конденсатора 32 по контуру 32-33-30-ЗС - источник питани инвертора - 27-32. Наличие источника напр жени в данном контуре позвол ет восполнить потери энергии в коммутирующей Lc-цепочке, имеющие место на интервале времениSimultaneously with the process of turning off the thyristor 20, when unlocking the thyristor 36, the process of charging the capacitor 32 along the circuit 32-33-30-C starts - the inverter power supply is 27-32. The presence of a voltage source in this circuit allows you to compensate for the energy losses in the switching Lc-chain that occur during the time interval

t,- tg.t, - tg.

В момент t TOKL-J2. 0 и тиристоры 27, 30 и 36 выключаютс , после чего возможна коммутаци очередного основного тиристора инвертора.At t TOKL-J2. 0 and the thyristors 27, 30 and 36 are turned off, after which the next main inverter thyristor can be switched.

В следующий коммутационный такт сначала осуществл ют отпирание тиристоров 28, 29 и двухоперационного тиристора, шунтирующего очередной запираемый основной тиристор инвертора, а затем спуст врем задержки 1 t - t осуществл ют отпирание управлени на двухоперационный тиристор, который запираетс комбинированным способом, как запиралс двухоперационный тиристор 20 на предыдущем коммутаци онном такте. Регулирование времени t-j, позвол ет, как и в противопоставл емом устройстве, производить регулирование напр жени на конденсаторе 32, а значит и амплитуды тока в коммутирующей цепочке 31, что обеспечивает минимальные коммутационныеIn the next switching cycle, the thyristors 28, 29 and a two-stage thyristor shunting the next lockable main thyristor of the inverter are first unlocked, and then after a delay time of 1 t - t, the control is unlocked on a two-stage thyristor, which is locked by a combined method, as the two-stage thyristor 20 is locked on the previous commutation cycle. Regulation of the time t-j allows, as in the opposing device, to regulate the voltage on the capacitor 32, and hence the amplitudes of the current in the switching circuit 31, which ensures minimal switching

. потери при работе инвертора на из- мен ющуюс по величине нагрузку. В данном устройстве обеспечиваетс подача кратковременного импульса обратного анодного напр - жени на интервале выключени двухоперационного тиристора, поскольку совместное воздействие импульсов отрицательного тока управлени и обратного анодного напр жени (так называемое комбинированное вы0 ключение тиристора) придает процессу выключени одномерный характер, что устран ет локальный перегрев р-п-р-л-структуры, и существенно уменьшает тепловую перегрузку двухS операционных тиристоров 20-25,. losses during inverter operation on varying load values. This device delivers a short pulse of reverse anodic voltage on the switch-off interval of a two-stage thyristor, since the combined effect of negative control current pulses and reverse anodic voltage (the so-called combined thyristor switch-off) imparts a one-dimensional character to the shutdown process, which eliminates local overheating -p-p-l-structure, and significantly reduces thermal overload dvuhS operational thyristors 20-25,

благодар чему удаетс в п ть-восемь раз повысить мощность, коммутируемую этими тиристорами, по сравнению с их выключением только поwhereby it is possible to increase the power switched by these thyristors by a factor of five to eight compared with their switching off only

0 управл ющему электроду. I0 control electrode. I

Преимуществом данного устройстваThe advantage of this device

вл етс существенное снижение возможности закорачивани источника питающего напр жени через вентильные плечи однофазного комм тирующего тиристорного моста, поскольку этот мост подключен к источнику питающего напр жени не непосредственно, а черей дозар дный тиристор. КромеThis is a significant reduction in the possibility of shorting the power supply through the valve arms of a single-phase switching thyristor bridge, since this bridge is connected to the power supply source not directly, but through a thyristor. Besides

Q того, наличие одной первичной обмотки Е трансформаторе 19, вместо двух , упрощает конструкцию этого трансформатора и делает магнитную св зь между его первичной и вторичнымиMoreover, the presence of one primary winding E of a transformer 19, instead of two, simplifies the construction of this transformer and makes the magnetic coupling between its primary and secondary

обмотками более сильной и симметричной . Это приводит к одинаковым услови м запирани основных 1-6 и коммутирующих 20-25 тиристоров, т.е. повышает надежность работы инвертора. windings stronger and symmetrical. This leads to identical conditions of locking the main 1-6 and commuting 20-25 thyristors, i.e. increases the reliability of the inverter.

00

Claims

1. Zabrodin Yu.S. Nodes of forced capacitor switching thyristors. M., Energie, 1974,

2. Authors certificate of the USSR 572884, cl. H 02 M 7/515, 1975.

3. USSR author's certificate according to the application No. 2766429, cl. N 02 M 7/515 17.05.79.

4. A zn R. E. .. et al. About limited switching power in pnp-rt structures ,, .- switched on impulse

Physics and control current, nickname of semiconductors

1971, 1, vol. 5, s. 141-143.

5. Bulatov OG Odyn S.V. Dual-operation thyristors with combined switching in the mode of high anode currents. Electric industry. Seri Transformative Technique, Inmelectro, 1972, no. 7/78, p.3-5.

S 6

M uio

t6