SU851702A1 - Тиристорный инвертор - Google Patents

Description

(54) ТИРИСТОРНЫЙ ИНВЕРТОР Изобретение относитс  к электротехни ке, в Частности дл  преобразовани  частоты питающей сети, и может быть использовано в регулируемых электроприводах переменного тока. Известен инвертор, используемый в схеме преобразовател  частоты, содержа- ший коммутирующие трансформаторы с рабочими и цопопнитепьными обмотками, основные тиристоры и мосг обратных диодов, коммутирующие конденсаторы, при этом рабочие обмотки коммутирующего трансформатора включены последовательно с основными тиристорами, дополнительные обмотки коммутирующего трансформатора включены последовательно с тиристорами и эстречно-поспедовательно с рабочими обмотками 1 J. Недостатки известного устройства заключаютс  в том.что оно имеет бопьщиегабариты трансформатора, так как его рабочие охотки обтекаютс  током нагрузки, а это вызывает увеличение объема меди трансформатора; кроме того, необходимы дополнительные обмотки дл  размагничивани  сердечника коммутирующего трансформатора , работа в широком диапазоне изменени  напр жени  источника посто нного напр жени  невозможна, и напр жение на коммутирующих конденсаторах зависит от напр жени  этого источника. Известен также инвертор, используемый в схеме преобразовател  частоты, содержащий последовательно соединенные тиристоры и включенную между ними инкуктивность с отводом от средней точки, подключенную параллельно источнику посто нного тока, при этом параллельно каждому тиристору и половине индуктивности включены коммутирующие конденса1горы и диоды обратного тока . Недостатком этого устройства  вл етс  то, что обмотки коммутирующей ввпуктивности включены последовательно с тиристорами , через которые проходит ток нагрузки, это ведет к увеличению объема. меди в коммутирующей индуктивности. При таком включении дроссел  его магиито- провод перемагничиваетс  по частной петпе гистерезиса, что ведет к увеличению объема стали сердечника. Кроме того, существенным неиостатком схемы  вл етс  невозможность работы в широком диапазоне изменений питающего напр жени  и зависимость эпектромагнитных процессов в коммутирующем контуре от параметров нагрузки. Наиболее близким к предлагаемому  вп етс  инвертор, содержащий стойки ключей , причем каждый из ключей состоит из Последовательно включенных разделительного диода, тиристора и коммутирующего дроссел . Параллельно каждому тиристору и дросселю включен коммутирующий конденсатор , а диоды обратного тока включены встрёчно-лараллельно каждому ппечу, Вспомогательный источник посто нного тока включен параллельно коммутирующим конденсаторам, соединенным между собой, последовательно f3. Недостатком известного устройства  вп етс  то, что коммутирующие дроссели включены последовательно с т0рт:торами, через которые проходит ток нагрузки, что ведет к увеличению объема меди обмоток дроссел . Сердечник дроссел  перетлагничиваетс  по частной петле гистерезиса, что ведет к необходимости увеличени  объема стали сердечника. Увеличение объема меди обмоток и объема сташ сердечника дроссел  ведет к увеличению его массы и габаритов. В момент коммутации после спада тока до нул  в запираемом тиристоре напр жение коммутирующего конденсатора включено через нагрузку встречно основному источнику питани . Ток коммутации проход  через нагрузку, вызывает в ней дрполнителвные потери, в случае если нагрузкой служит двигатель. Поскольку ком мутирующий конденсатор перезар жаетс  практически посто нным значением реактивнет о тока нагрузки, существует зависимость длительности провалов в выходном напр жении от величины тсжа нагрузки . Больщие по длительности провалы в выхоа ам напр жении будут при малых токах нагрузки. При работе инвертора бе подключени  нагрузки коммутирующа  емкость может разр дитьс  толысо при выдепенив запасенной в ней энергии на активных сопротивлени х схемы преобразоватёпа частоты. Цепь изобретени  - улучщение массогабаритных и э нергетических псжазателей нвертора и расширение его частотных озможностей. Поставленна  цепь достигаетс  тем, что тиристорный инвертор, содержащий объединенные вьгоодами переменного тока мост диодов обратного тока и тиристорнъгй мост, кажш й ключ которого выполнен в виде последовательно соединенных разделительного диода и тиристора, коммутирук дие конденсаторы, числом равные числу ключей, одни обкладки каждого из которых подключены к точкам соединени  разаелительнъ1х диодов в тиристорсв соответствующих ключей, дополнительные источники посто нного напр жени , каждый из которых через импеданс включен между точками соединени  разделительных диодов и тиристоров соответствующей пары ключей, образующих «стойку, а также коммутирующие дроссели, средние точки обмоток каждого из которых подключены к соответствующим выводам переменного тока тирйсторного моста, снабжен ком мутирующими циодамн, подключенными параллельно обкладкам коммутирующих кон )денсаторов, а другие обкладки ксйлмутирующик конденсаторов, принадлежащих одной стойке ключей, св заны между собой через обмотку соответствующего коммутирующего дроссел . В раной иа модификаций инвертор отличаетс  также тем, что концы обмоток .коммутирующих дросселей подключены к обкладкам коммутирующих конденсаторов через дополнительно введенные элементы индуктивности. На фиг, 1 нредставпена принципиальна  схема предлагаемого тирйсторного преобразовател  частоты; на фид. 2 - одна фаза с дополнительными индуктивност ми li 3 Преобразователь содержит источник 1 посто нного напр жени , подключенный через защунтированный диод 2, дроссель 3 к мосту 4 диодов 5-10 офатного тока, причем точка соединени  катодсж диодов 5-7 обратного тока подключена к плюсу источника 1 посто нного напр жени , а точка соединени  анодов диодов 8-10 обратного тока подключена к минусу источника 1 посто нного напр жени . Мост 11, образоваЕШый из последоватепьно включенных разделительных диодов 12-17 и тиристоров 18-23 подключен .к мосту 4 диодов обратаого тока, точка соединени  анодов разделительных ццодов 15-17 под ..ключена к общей точке соединени  кколав 5-7 обратного тока, а точка соединени 

катодов раадепитепьных ииодов 15-17 подключена к точке соединени  анодов диоаЬв 8-10 обратного тока. Коммутирующие конденсаторы 24-429 одним выводом подкпючены к точкам соединени  раздепитепьных диодов 12-16 и тиристоров 18-23. Другие вьгаоды коммутирующих конденсаторов подключены через обмотки коммутирующих дросселей 30-32 к входным зажимам моста 11.

Коммутирующие конденсаторы зашунтированы коммутирующими диодами 33-38. Дополнительные источники 39-41 посто нного напр жени  своими положительными выводами подключены через импедансы 42-44 к точкам соединени  разделительных диодов 12-14 и тиристоров 18-2О, отрицательный вьюод дополнительных источников 39-41 посто нного напр жени  подключен к точкам соединени  тиристоров 21-23 и разделительных диодов 15-17..

Устройство работает следующим образом .

Пусть в какой-то момент времени включены тиристоры 18, 19 и 23, ток от положительного вывода истониика посто нного напр жени  протекает через разделительные диоды 12, 13 и 17, тиристоры 18, 19 и 23 и фазы нагрузки на отрицательный вывод источника 1 посто нного напр жени . При этом коммутирующие конденсаторы 26 27 и 28 зар жены , напр жением пол рностью, указанной на фиг. 1.

При включении тиристора 21 коммутирующнй конденсатор разр жаетс  по цепи: коммутирующий конденсатор 27 - обмотка коммутирукнцего дроссел  ЗО - тиристор 21 - коммутирующий конденсатор 27. При разр дке коммутирующего конденсатора 27 в другой обмотке коммутирующего дроссел  ЗО наводитс  ток, который направлен навстречу току нагрузки через тиристор 18. Ток в другой обмотке ком ,,мутирующего трансформатора замыкаетс  %1О следующей цепи: обмотка коммутирующего дроссел  ЗО - тиристор 18 - ком-мутирующий конденсатор 24. При этом происходит выключение тиристора 18 и зар д коммутирующего конденсатора 24. В момент равенства тока нагрузки и тока разр да коммутирующего конденсатора через тиристор 18 происходит его запирание . После запирани  тиристора 18 ток j второй полуобмотки дроссел  ЗО замыкаетс  по следующей цепи: втора  цоиуобмотка коммутирующего дроссел  30 диод 5 обратного тока - разделительный

ди&д 12 - коммутирующий конденсатор 24 - втора  попуобмотка коммутирующего дроссел  ЗО. При этом происходит далнейший зар д коммутирующего конденсатора 24, а к тиристору 18 прикладьтаетс  обратное напр жение, под действием которго происходит восстановление его запирающих свойств.

При этом по диоду 5 протекает разностный ток: ток нагрузки и ток разр да коммутирующего конденсатора 27. Ток разр да коммутирующего конденсатора носит колебательный характер. В момент равенства токов тока нагрузки и тока разр да коммутирующего конденсатора 27 происходит запирание диода 5 и коммутирую щий конденсатор 24 начинает дозар жать1с  по цепи: дрпо)шительный источник 39 посто нного напр жени  - импеданс 42 - коммутирующий конденсатор 24 - обмотка коммутирующего дроссел  ЗО - тиристор 21 - дополнительный источник 39 посто нного напр жени . После зар да коммутирующего конденсатора 24 до напр жени  дополнительного источника и разр да коммутирующего конденсатора 27 до нул  происходит отпирание коммутирующего диода 36 и энерги , запасенна  в индуктивности L будет трансформирована коммутирующему конденсатору 24. После этого процесс коммутации заканчиваетс  и схема готова к коммутации токав другой попуфазе. Работа других фаз происходит аналогично.

При недостаточности индуктивности Ь и U рассе ни  коммутирующего цроссел  последовательно с каждой обмоткой коммутирующего трансформатора включаетс  Дополнительна  индуктивность 1 (фиг. 2).

Предлагаемое устройство позвол ет уменьшить массу и габариты электромагнитных устройств, примен емых в преобразователе частоты, улучшить энергетические показатели, обеспечивает независимость процессов коммутации от параметров нагрузки, и за счет этого расшир ютс  частотные возможности.

Claims (3)

1. Уменьшение массы и габаритов электромагнитных устройств достигаетс  за счгет того, что обмотки коммутирдгющих трансформаторов включены последовательно с коммутирующими конденсаторами. Такое включение обмоток коммутирующих дросселей позвол ет исключить протека1ше через Низ тока нагрузки, ведет к снижению сечени  прсаода обмоток трансформатора , а это в свою очередь снижает массу и габариты коммутирующего траасфорMatopa . Это позвол ет бопее полно испопь зовать магнитопровоа коммутирующего .цроссеп , так как его сердечник работает до полной петли гистерезиса, что в свою очеоеаь приводит к уменьшению его массы и габаритов. Улучшение энергетических показателей достигаетс  за счет введени  коммутирующих диодов, подключенных параллельно .коммутирующим конденсаторам, и включением обмоток- коммутирующего дроссел  последовательно с коммутирующими денсаторами. Это позвол ет полностью использовать энергию, запасенную в коммутирующем конденсаторе, так как при коммутации тиристора происходит его выключение и одновременно зар д другого коммутирующего конденсатора. В результате уменьшаютс  потери в элементах схемы и оказываетс  возможным снизить их установленную мощность. Независимость npoueccl коммутации от параметров нагрузки достигаетс  за счет введени  коммутирующих диодов и подключени  их параллельно коммутирующим конденсаторам, включением обмоток коммутирующих дросселей послед жательно с коммутирующими конденсатс ами. Включение обмоток дросселей последовательно с коммутирующими конденсаторам позвол ет исключить протекание тока нагрузки через коммутирующий контур, эти самым исключаетс  вли ние параметров нагрузки на процессы коммутации тиристоров , что позвол ет исключить провалы в выходном напр жении преобразовател  частоты и уменьшить потери от высших гармоник в нагрузке (например, при рабо те на двигатель переменного тока). Формула изобретени  1. Тиристорный инвертор, содержащий объединенные выводами переменного ток мост диодов обратного тока и тиристор- ный мост, каждый ключ которого выполнен в виде последовательно соединенных разделительного диода и тиристора, коммутирующие конденсаторы, числом paetoie числу ключей, одни обкладки каждого из которых подключены к точкам соединени  разделительных диодов и тиристоров соответствующих ключей, дополнительные источники посто нного напр жени , каждый из которых через импепанс включен меж-ду точками соединени  разделитеиьных диодов и тиристоров соответствующей пары ключей, образующих стойку, а также комму тиру кмдие дроссели, средние точки обмоток каждого из которых подключены к соответствующим выводам переменного тока тиристорного моста, о т л .и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью улучшени  массонпабаритных показателей и расшире- ни  частотных возможностей, он снабжен коммутирующими диосами, подключенными параллельно обкладкам коммутирующих конденсаторов, а другие обкладки коммутирующих конденсаторов, принадлежащих одной стойке ключей, св заны между собой через обмотку соответствующего коммутирук цего дроссел . 2. Инвертор по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что концы обмоток коммутирующих дросселей подключены к обкладкам коммутирующих конденсаторов через дополнительно введенные элементы индуктивности . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР N° 235173, кл. Н О2 М 7/48, 1969.
2. 2.Патент США № 3278827, кл. 321-44, 1966.
3. 3.Патент США М 3355654, кл. 321-44, 1967.