SU884059A1 - Трехфазный автономный инвертор /его варианты/ - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к преобразовательной технике и, в частности, к преобразовател м энергии посто нного тока, особенно от низковольтных источников, в энергию переменного трехфазного тока.

Известны схемы преобразователей, в которых ток в каждый момент вре.менипротекает не более чем через один вентиль 1 и 2.

Однако инвертор тока по схеме 2 имеет значительную установленную мощность конденсаторов и реакторов.

Наиболее близкимк изобретению  вл етс  автономный инвертор по кольцевой схеме (2).

Однако коммутирующа   способность параллельных нагрузке коммутирующих конденсаторов ограничивает выходную .мощность инвертора.

Целью изобретени   вл етс  повышение выходной мощности.

Цель достигаетс  тем, что в трехфазном автономном инверторе, содержащем шесть основных тиристоров, шунтированных обратными диодами и соединенных с первичными обмотками трехобмоточного преобразовательного трансформатора по кольцевой

схеме, причем общие точки первичных обмоток соединень со входными выводами, а также узел коммутации, который выполнен общим дл  всех тиристоров и состоит из двух групп коммутирующих тиристоров, кажда  из которых содержит четыре тиристора,

причем в одной группе анод одного из тиристоров подключен к положительному входному выводу, а катод соединен с анодами трех распределительных тиристоров, катоды которых подключены к общим точкам

j(j катодов основных тиристоров, а в другой группе анод одного из коммутирующих тиристоров соединен с катодами распределительных тиристоров, аноды которых подключены к общим точкам анодов основных тиристоров, а между анодными и кагодJ5 ными выводами распределительных тиристоров включена последовательна  цепочка из коммутирующего конденсатора и реактора , имеющего вторичную обмотку, подключенную через обратный вентиль ко входным выводам, кроме того, последовательно

20 с обратными диодами могут быть включены

дополнительные коммутирующие реакторы.

Указанна  цель достигаетс  также тем,

что узел коммутации может быть выполнен

в виде индивидуальных rpynrt коммутирующих тиристоров, подключенных параллельно каждому из осиовных тиристоров и состо щих кажда  из четырех коммутирующих тиристоров, соединенных в мостовую схему с. разомкнутыми выводами посто нного тока и коммутирующим конденсатором в диагонали переменного тока, причем тиристоры двух противоположных плеч разомкнутого моста соединены с основными тиристорами , а двух других противоположных плеч со входными выводами через реактор, имеющий вторичную обмотку, подключенную через обратный вентиль (в частности и тиристор ) ко входным выводам.

При низком входном напр жении коммутирующие узлы дл  повышени  надежности коммутации могут быть подключены к отдельному источнику повышенного напр жени .

На фиг. приведена схема инвертора с общим устройством коммутации; на фиг. 2 - вариант схемы инвертора с индивидуальной коммутацией; на фиг. 3 - временные диаграммы работы инверторов.

Инвертор (с общей коммутацией) содержит трехобмоточный преобразовательный трансформатор с одной вторичной (повышающей ) и двум  первичными обмотками, соединенными в две одинаковые звезды. Общие точки (начала обмоток) обеих звезд 1 и 2 подключаютс  к источнику питани . В первую фазу трансформатора вход т первичные обмотки 3 и 4 и вторична  обмотка 5, во вторую - обмотки 6-8, в третью 9-П. Основные тиристоры 12-17 соединены с трансформатором по кольцевой схеме. Встречно-параллельно тиристорам подключены обратные диоды 18-23. Дл  выключени  тиристоров используетс  коммутирующий реактор с обмотками 24 и-25 и конденсатор 26, которые тиристорами 27 и 28 соедин ютс  с источником питани , а через распределительные тиристоры 29-34 - с основными тиристорами. Вторична  обмотка 24 коммутирующего реактора подключена к источнику питани  через диод 35. Кагрузка инвертора подключаетс  .к выходу 36-38.

При необходимости последовательно с каждым обратным диодом может быть включен коммутирующий реактор (на фиг. 1 условно показан один из иих р дом с диодом 23), причем в этом случае обмотка 25 должна быть шунтирована диодом 39.

Кольцевой инвертор напр жени  может использоватьс  при длительности провод щего состо ни  основных тиристоров л 60 эл. град, или А 120 эл. град (при активной нагрузке, т. е. 1). Режим Л 120° предпочтителен, так как в этом режиме меньше потери и выше КПД, а форма кривой выходного напр жени  ближе к синусоидальной н не зависит от нагрузки (что соответствует режиму Л - 180 мостового инвертора напр жени ). Возможно регулирование действующего значени  выходного напр жени  путем многократного включени  и выключени  основных тиристоров в течение периода.

Пор док подачи управл ющих импульсов иа основные и коммутирующие тиристоры инвертора с общим устройством коммутации (фиг. 1) при Л 120° и однократном включении и выключении осиовных тиристоров показан на -фиг. 3 сверху. На одной в вертикальной линии даны номера тиристоров , дл  которых импульсь начинаютс  одновременно .

Длительность импульсов на основных тиристорах должна быть 60° дл  нормальной работы инвертора при любых созф нагруз ки. Коммутирующие тиристоры управл ютс  короткими импульсами.

На фиг. 3 показаны кривые выходных

иапр 1жений и токов вторичных обмоток 5,

8 и I1 дл  кольцевого инвертора напр же1 ) ни  при нагрузке с costp cos 30° без учета

процессов коммутации.

При активно-индуктивной нагрузке инвертора , в обмене реактивной энергии между фазами нагрузки и с источником питани  участвуют обратные диоды. На нижнем графике фиг. 3 даны номера диодов и интервалы их проводимости дл  того же costp нагрузки . Когда включен диод, допустим 18, то соответствующий ему тиристор 12 выключен . Максимальиа  длительность работы д диода 60°, Сумма времен проводимости диода и тиристора составл ет всегда 120°.

Искусственна  коммутаци  происходит следующим образом.

Пусть включен тиристор 13 и требуетс  выключить тиристор 12. Спуст  примерно 5 30° с момента включени  тиристора 13 подаютс  управл ющие импульсы на тиристоры 27 и 28, и конденсатор 26 зар жаетс  от источника питани  через обмотку реактора 25. Длительность зар да должна быть меиьще 30°, и к моменту окончани  работы ти ристора 52 тиристоры 27 и 28 должны выключитьс .

Дл  выключени  тиристора 12 подаютс  управл ющие импульсы на тиристоры 29 и 30. При этом конденсатор разр жаетс  (и 5 перезар жаетс ) по контуру: обмотка реактора 25, тиристор 30, диод 18, тиристор 29, конденсатор 26. К тиристору 12 прикладываетс  отрицательное напр жение.

При включении тиристоров 27 и 28 напр жение на конденсаторе складываетс  с напр жением источника питани , и в обмотке 25 возникает стол сильное нарастание тока, что ЭДС индукции в обмотке 24 превышает напр жение питани . При этом открываетс  диод 35 и избыток энергии контура коммутации отдаетс  в источник питани . .

Если используютс  отдельные коммутирующие реакторы, включенные последоваельно с обратными диодами, то зар д коненсатора и возврат избытка энергии просходит так, как уже описано, причем диод 9, подключенный к обмотке 25, закрыт, а процессе разр да вместо обмотки 25 участвует отдельный реактор, ток в который поаетс  через диод 39. 1ри этом к тиристору, который требуетс  выключить, прикладываетс  напр жение конденсатора и надежность коммутации увеличиваетс .

Кольцевой инвертор напр жени  с индивидуальной коммутацией отличаетс  от описанного инвертора тем, что содержит шесть коммутирующих реакторов 40-45 (фиг. 2), включенных последовательно с обратными диодами 18-23, и шесть коммутирующих конденсаторов 46-51. Каждый кон-, денсатор, например 46, с помощью двух коммутирующих тиристоров 52 и 53 (54-63) подключен к одному из основных тиристоров 12, а через другие два -тиристора 64 и 65 (66-75) соединен с источником питани , причем к одному из полюсов источника коммутирующее устройство подключено через обмотку 76 двухобмоточного реактора, служащего дл  возврата избыточной энергии контуров коммутации в источник питани , дл  чего вторична  обмотка 77 подключена через диод 35 к источнику (анод диода к отрицательному полюсу)./

Работа предлагаемого инвертора отличаетс , в основном, лишь тем, что каждый конденсатор используетс  дл  выключени  только одного основного тиристора. Пор док подачи управл ющих импульсов на тиристоры инвертора с индивидуальной коммутацией дан на фиг. 3 внизу. Процессы при зар де и разр де конденсаторов протекают аналогично инвертору (фиг. 1) с общим конденсатором и шестью коммутирующими реакторами.

Инверторы с общей и индивидуальной коммутацией, как и в случае мостовой схемы , имеют каждый свои преимущества и неостатки и, соответственно, области применени . Например инвертор с индивидуальной коммутацией при однократном включении основных тиристоров за период лучше подходит дл  получени  более высоких часот выходного напр жени , а инвертор с общей коммутацией -. дл  низких частот и . п.

В том и другом инверторе дл  питани  коммутирующего устройства может использоватьс  отдельный маломощный источник повышенного напр жени . В инверторе по фиг. 1 дл  этого анод тиристора 27 подключаетс  к положительному полюсу этого источника , а не к точке 1, в инверторе по фиг. 2 ко второму источнику подключаетс  начало обмотки 76. Отрицательный полюс второго источника подключаетс  к точке 2.

Вместо диода 35 можно включить тиристор , что даст возможность задержать момент начала возврата энергии из контура коммутации . За счет этого можно увеличить ам плитуду напр жени  на конденсаторе н автоматически поддерживать требуемую- ее величину при изменении тока нагрузки н напр жени  питани .

. В кольцевом инверторе среднее значение тока через вентиль вдвое меньше, чем в мостовой , при той же мощности в нагрузке и напр жении питани . Это дает возможность либо уменьшить установленную мощность вентильного блока (отказатьс  от параллель

ного соединени  одинаковых вентилей), либо увеличить КПД инвертора.

Если использовать те же тиристоры и диоды , что и в мостовом инверторе, то, как показывает ориентировочный расчет, потери

энергии в вентил х в кольцевом инверторе более чем вдвое меньще потерь в вентил х в мостовом инверторе. Потери в преобразовательном трансформаторе будем считать в обоих случа х одинаковыми. Тогда, если при мостовой схеме потери в вентил х составл ют , допустим, мощности нагрузки , переход в кольцевой схеме позволит повысить КПД инвертора на 5%.

Удельный вес потерь в вентил х в общей сумме потерь, как известно, увеличиваетс  при уменьшении напр жени  питани  инвертора . В св зи с этим особенно эффективным будет использование кольцевого инвертора напр жени  при работе с низковольтными источниками питани , в частности, с МГД-генераторами, топливными элементами и др.

Claims (5)

1. Трехфазный автономный иивертор, содержащий шесть основных тиристоров, шунтированных обратными диодами и соединенных с первичными обмотками трехобмоточного преобразовательного трансформатора по кольцевой схеме, причем общие

точки первичных обмоток соединены со входными выводами, а также узел коммутации, отличающийс  тем, что, с целью повышени  выходной мощности, узел коммутации выполнен обшим дл  всех тиристоров и состоит из двух групп коммутирующих тиристоров , кажда  из которых содержит четыре тиристора, причем в одной группе анод одного из тиристоров подключен к положительному входному выводу, а катод соединен с анодами трех распределительных тиристоров , катоды которых подключены к общим точкам катодов основных тиристоров , а в другой группе анод одного- из коммутирующих тиристоров соединен с катодами распределительных тиристоров, аноды которых подключены к общим точкам

анодов основных тиристоров, а между анодными и катодными выводами распределительных тиристоров включена последовательна  цепочка из коммутирующего конденсатора и реактора имею1Цего вторичную обмотку, подключенную через обратный вентиль ко входным выводам.

2.Инвертор по п. 1, отличающийс  тем, что, с целью повышени  надежности коммутации при низком входном напр жении, он дополнительно снабжен коммутирующим реактором, каждый из которых включен последовательно с соответствующим обратным диодом.

3.Инвертор, содержащий щесть основных тиристо|5ов, щунтированных обратными диодами и соединенных с первичными обмотками трехобмоточного преобразовательного трансформатора по кольцевой схеме, причем общие точки первичных обмоток соединены со входными выводами, а также узел коммутации, отличающийс  тем, что, с целью повыщени  выходной мощности, ука-занный узел коммутации вь| 1олнен в виде индивидуальных групп коммутирующих тиристоров , подключенных параллельно каждому из основных тиристоров, и состо щих из четырех коммутирующих тиристоров, соединенных в мостовую схему с разомкнутыми

выводами посто нного тока и коммутирующим конденсатором в диагонали переменного тока, причем тиристоры двух противоположных плеч разомкнутого моста соединены с основными тиристорами, а двух других противоположных плеч со входными выводами через реактор, имеющий вторичную обмотку, подключенную через обратный вентиль ко входным выводам.

4.Инвертор по пп. 1-3, отличающийс  тем, что в качестве упом нутого обратного вентил  использован тиристор.

5.Инвертор по пп. 1-4,, отличающийс  тем, что, с целью повышени  надежности коммутации при низком входном напр жении , коммутирующие узлы подключены к отдельному источнику повыщенного напр жени .

Источники информации, | рин тые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 0 № 265254, кл. Н 02 М 7/515, 1970.

2.Авторское свидетельство СССР № 529532, кл. Н 02 М 7/515, 1978.