SU955448A1 - Инвертор - Google Patents

Description

(54) ИНВЕРТОР

Изобретение относитс  к преобразовательной технике и может быть использовано в устройствах энергетики и электропривода . Известны инверторы с импульсными трансформаторами, используемыми дл  выключени  тиристоров. Первичные обмотки этих трансформаторов включены в силовые цепи тиристоров, а к вторичным обмоткам с помощью системы вентилей подключаютс  коммутирующие конденсаторы 1. Эти инверторы имеют повыщенные массу , габариты, стоимость и пониженный КПД из-за того, что масса, габариты, стоимость коммутирующих конденсаторов значительны и существенно возрастают с ростом мощности и частоты инвертора, потери мощности в системе коммутации повыщены из-за протекани  через элементы коммутации токов, существенно превыщающих рабочие токи, и приложени  к этим элементам значительных напр жений в интервалах коммутации, Эти потери возрастают с ростом частоты. Известны преобразователи посто нного напр жени  в переменное (ииверторы), содержащие , неполностью управл емые силовые вентили и трансформатор тока, первична  обмотка которого включена последовательно в выходную цепь переменного тока преобразовател , и снабженные полностью управл емыми вентил ми по числу силовых вентилей, трансформатор тока выполнен с вторичными обмотками по числу силовых вентилей , св занными через упом нутые полностью управл емые вентили с силовыми вентил ми , а параллельно одной из обмоток подключен дополнительный двупол рный полностью управл емый вентиль 2. Эти инверторы имеют повыщенные массу и габариты и пониженный КПД из-за необходимости применени  полностью управл емых вентилей на протекание в импульсе всего тока нагрузки. Цель изобретени  - улучщение массогабаритных показателей и повыщение КПД инвертора. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в инверторе, содержащем в каждом плече нулевой схемы последовательно соединенные основной тиристор и первичную обмотку коммутирующего трансформатора тока с отпайкой, причем параллельно вторичной обмотке включен полностью управл емый ключ, между отпайкой первичной обмотки

упом нутого трансформатора тока и выводом источника питани , соединенным с основными тиристорами, включен дополнительный полностью управл емый ключ.

В одной из модификаций инвертора дополнительный полностью управл емый ключ выполнеи общим дл  обоих плеч инвертора.

Во второй модификации инвертора коммутирующий трансформатор тока выполнен на общем магнитопроводе дл  обоих плеч инвертора , и дл  каждого основного тиристора включен отдельный дополнительный полностью управл емый ключ.

В третьей модификации инвертора паралельно вторичным обмоткам трансформаоров тока включен через разв зывающие иоды общий полностью управл емый ключ.

На фиг. 1 представлена принципиальна  электрическа  схема однофазного инвартора первой модификации; на фиг. 2 и 3 - его работа; на фиг. 4 и 5 - схемы инверторов других модификаций; на фиг. б - работа инвертора по схеме на фиг. 5.

Инвертор (фиг. 1) выполнен на силовых тиристорах 1 и 2 и на обратных диодах 3 и 4. Инвертор содержит трансформатор тока 5 с первичной обмоткой, состо щей из двух частей 6 и 7, и вторичной обмоткой, состо щей из двух частей 8 и 9, и трансформатор 10 тока с первичной обмоткой, состо щей из двух частей 11 и 12, и вторичной обмоткой, состо щей из двух частей 13 и 14. Первичные обмотки трансформаторов тока включены в анодные цепи тиристоров 1 и 2. Параллельно вторичным обмоткам трансформаторов тока через диоды 15 и 16 включен полностью управл емый ключ-транзистор 17. Между отводами от первичных обмоток трансформаторов тока (от точек соединени  частей первичных обмоток) и отрицательным полюсом источника питани  инвертора включен через диоды 18 и 19 дополнительный полностью управл емый ключтранзистор 20. Части вторичных обмоток 9 и 14 трансформаторов тока через диоды 21 и 22 подключены к источнику питани  инвертора . Если нежелательно соединение эмиттера транзистора 17 с положительным полюсом источника питани  инвертора, то вместо частей вторичных обмоток 9 и 14 к источнику питани  через диоды 21 и 22 могут быть подключены отдельные дополнительные вторичные обмотки трансформаторов тока. Пол рности включени  обмоток трансформаторов тока показаны на фиг. 1 точками.-На выходе инвертора включен силовой трансформатор 23 с первичными обмотками 24 и 25 и вторичной обмоткой 26. К входу инвертора подключен источник напр жени , питающего инвертор, с показанной на, фиг. 1 пол рностью. К. выходу инвертора подключена нагрузка непосредственно или через фильтр высших гармоник, если

необходима фильтраци  высщих гармоник выходного напр жени .

На фиг. 2 приведены, эпюры текущих значений напр жений и токов инвертора. Uj, и2., Ujy, - управл ющие напр жени  (или токи) тиристоров 1, 2 н транзисторов 17 и 20 соответственно (образуютс  системой управлени  инвертором, на фиг. 1 не показанной); УВЫХ - выходное напр жение инвертора, - выходной ток инвертора;

г4 б 7 j 8 s-iy 20 - токи соответственно через обмотки 24, 6, 7 и тиристор 1, диод 3, обмотки 8 и 9, транзисторы 17 и 20, Uj - напр жение на обмотках трансформатора 5, Ф5 - магнитный поток в магнитопроводе трансформатора 5, Ua, UKIT

5 и UKJO - напр жение на тиристоре 1, транзисторах 17 и 20 соответственно.

Выходной ток инвертора igbix в зависимости от нагрузки инвертора и фильтра высщих гармоник, если он есть, может иметь

практически любую форму от почти пр моугольной до синусоидальной с произвольным сдвигом по фазе относительно выходного напр жени  Ugbix- Чтобы исключить резкие изменени  выходного тока инвертора в интервале коммутации тиристоров, последовательно с нагрузкой следует включить дроссель небольшой индуктивности.

Инвертор работает следующим образом.

В интервале Tj (фиг. 2) положительный

ток обмотки 24 протекает от источника входQ ного напр жени  через обмотки 6 н 7 и тиристор 1, отрицательный ток - через диодЗ. Положительный ток, протека  через первичные обмотки 6 и 7 трансформатора 5 тока, урарновещиваетс  равным по ампервиткам током вторичных обмоток 8 и 9, закорочен5 ных через диод 15 транзистором 17.

В интервале Ij транзистор 17 выключен системой управлени  инвертором. Размыкание тока во вторичной обмотке в интервале t2 приводит к исчезновению уравнивающей составл ющей тока в первичной обмотке, и

° уменьщению тока в этой обмотке до величины тока холостого хода (ток ig на фиг. 2). К первичной обмотке в интервале Т2 приложено удвоенное напр жение питани .

Размыкание вторичной обмотки трансформатора 5 само по себе не вызывает выключени  тиристора 1, так как ток через него уменьщаетс  не до нул , а до величины тока холостого хода первичной обмотки. Включение транзистора 20 в интервале 2 приводит к тому, что этот ток протекает помимо

° тиристора 1 через обмотку 6, 18 и включенный транзистор 20, к тиристору 1 в этом интервале прикладываетс  отрицательное напр жение от обмотки 7 через диод 18 и вклк ченный транзистор 20.

Claims (2)

1. 5 В интервалах 1 ч 2 в магнитопроводе трансформатора 5 накапливаетс  положительный поток Ф (фиг. 2) под действием приложенного к обмоткам положительного напр жени  (небольшого в длительном интервале LI и значительного в коротком интервале Тз) . Этот поток линейно спадает до нул  в интервале з под действием приложенного к обмотке 9 отрицательного напр жени , равного входному напр жению инвертора. Ток холостого хода, соответствующий этому потоку, протекает в интервале TJ через обмотку 9 в обратном направлении и через диод 21 в источник входного напр жени  инвертора. Выключение тиристора 2 происходит аналогично выключению тиристора 1. При этом вместо трансформатора 5 тока работает трансформатор 10 тока. Коэффициент трансформации трансформатора 5(10) (отношение суммы числа витков обмоток 8 и 9 к числу витков обмотки 6) соответствует допустимому напр жению выключенного транзистора 17 в коротком импульсе 2, деленному на удвоенное входное напр жение инвертора. В низковольтных инверторах этот коэффициент в несколько раз больше единицы. При этом. уравниваюш,ий противоток, протекающий через включенный транзистор 17, в несколько раз меньше рабочего тока тиристора 1, поэтому уменьшены потери мощности в транзисторе 17, масса и габариты его охладител . В высоковольтных инверторах этот коэффициент меньше единицы, что создает возможность коммутировать высоковольтные тиристоры 1 и 2 низковольтным транзистором 17, при этом потери мощности в транзисторе возрастают, но в высоковольтных инверторах потери в ключах составл ют незначительную часть мощности и практически не вли ют на КПД инвертора. К выключенному транзистору 20 приложено удвоенное напр жение питани , поэтому в высоковольтных инверторах он представл ет собой цепочку последовательно соединенных транзисторов с уравнивающими цеп ми. Однако через включенный транзистор 20 протекает весьма небольшой ток холостого хода и по мощности транзистор 20 существенно меньше транзистора 17. (Во избежание выбросов тока через открытый транзистор 20 управл ющее напр жение в интервале Тг подаетс  на 5-10 мкс позже сн ти  управл ющего напр жени  с транзистора 17). Если в инверторе (фиг. 1) выходной ток вых переходит через нуль в интервале Т (при cos f, близком к единице) то имеет место некоторое искажение формы выходного напр жени  инвертора в этом интервале (фиг. 3), св занное с переходом тока нагрузки с одного силового диода на другой при выключенных тиристорах. Эти дополнительные коммутации при малом токе, близком к нулю, практически не вызывают дополнительных потерь мощности и не снижают КПД инвертора. В инверторе (фиг. 4) эти искажени  отсутствуют при любом cos р. В этом инверторе параллельно вторичной обмотке 27 и 28 трансформатора 29 тока включен через диод 30 транзистор 31, а параллельно вторичной обмотке 32 и 33 трансформатора 34 тока включен через диод 35 транзистор 36. Управл ющие напр жени , подаваемые на тиристоры и транзисторы инвертора , такие же, как и дл  инвертора на фиг. 1, за исключением транзисторов 31 и 36. На транзистор 31 подаетс  то же управл ющее напр жение, что и на тиристор 37, на транзистор 36 то же, что и на тиристор 38. Достоинства этого инвертора - отсутствие упом нутых искажений и более проста  система управлени . С целью использовани  вместо двух трансформаторов тока одного уменьщенных габаритов инвертор может быть выполнен по схеме на фиг. 5. Этот инвертор содержит один трансформатор 39 тока, полностью управл емый ключ - транзистор 40 и два дополнительных полностью управл емых ключа - транзисторы 41 и 42. Работа инвертора проиллюстрирована на фиг. 6. , и, , 1/41, 42 - управл ющие напр жени  соответственно тиристоров 43 и 44, транзисторов 40-42. Uj(j и Ojg - форма напр жений на обмотках и магнитный поток в магнитопроводе трансформатора 39, , UK4o и UK4i - напр жени  соответственно на тиристоре 43 и транзисторах 40 и 41. За счет изменени  потока в магнитопроводе трансформатора 39 в обе стороны от нул  размеры этого трансформатора уменьщены. Однако этот инвертор содержит два дополнительных полностью управл емых ключа вместо одного. Поэтому применение инвертора по схеме на фиг. 5 целесообразно при пониженных входных напр жени х и повышенных мощност х . Аналогичным образом могут быть выполнены однофазные мостовые, многофазные, в частности, трехфазные инверторы, а также инверторы со ступенчато - синусоидальной формой выходного напр жени , полученной путем сложени  выходных напр жений отдельных однофазных инверторов. В инверсторах на большие мощности дл  питани , например, радиопередающих устройств , вместо тиристоров могут быть использованы другие неполностью управл емые вентили, например, тиратроны или ртутные вентили, а вместо ключевых транзисторов - электровакуумные лампы. Технико-экономическа  эффективность предлагаемого изобретени  заключаетс  в уменьщении массы, габаритов, стоимости инверторов и повышении их КПД за счет уменьшени  массы, габаритов, стоимости системы коммутации тиристоров, уменьщени  потерь мощности в ней за счет уменьщени  величины токов коммутации. Формула изобретени  1. Инвертор, содержащий в | аждом плече нулевой схемы последовательно, соединенные основной тиристор и первичную обмотку коммутирующего трансформатора тока с отпайкой, причем параллельно вторичной обмотке включен полностью управл емый ключ, отличающийс  тем, что, с целью улучшени  массогабаритных и энергетических показателей, между отпайкой первичной обмотки упом нутого трансформатора тока и выводом источника питани , соединенным с основными тиристорами, включен, дополнительный полностью управл емый ключ. 2. Инвертор по п. 1, отличающийс  тем, что дополнительный полностью управл емый ключ выполнен общим дл  обоих плеч инвертора. 3.Инвертор по п. I, отличающийс  тем, что указанный коммутирующий трансформатор тока выполнен на общем магнитопроводе дл  обоих плеч инвертора, и дл  каждого основного тиристора включен отдельный дополнительный полностью управл емый ключ. 4.Инвертор по п. 2, отличающийс  тем, что параллельно вторичным обмоткам трансформаторов тока включен через разв зывающие диоды общий полностью управл емый ключ. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Забродин Ю. С. Узлы принудительной конденсаторной коммутации тиристоров. М., «Энерги , 1974, с. 44. рис. 1-28, ис.89, рис. 2-20.
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 838967, кл. Н 02 М 7/515, 1979.

   .23

   гь

   Г,

   Ui

   г

   П

   фиг.г +

   + 0-TVVYVW

   -т-Kh

   fU +

   сриг.5 J0

   % U,i,

   UHO

   u

   ичг

   :iL

   Г

   U:

   33